混凝土的力学性能

混凝土的力学性能
无机071班
马迪
2007015019
1．影响混凝土强度的因素
影响混凝土强度的主要因素有：
（1）水泥强度与水灰比
水泥是混凝土中的活性组分，其强度大小直接影响着混凝土强度的高低。

在配合比相同的条件下，所用的水泥标号越高，制成的混凝土强度也越高。

当用同一品种同一标号的水泥时，混凝土的强度主要取决于水灰比。

因为水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥重量的２３％左右，但在拌制混凝土混合物时，为了获得必要的流动性，常需用较多的水（约占水泥重量的４０～７０％）。

混凝土硬化后，多余的水分蒸发或残存在混凝土中，形成毛细管、气孔或水泡，它们减少了混凝土的有效断面，并可能在受力时于气孔或水泡周围产生应力集中，使混凝土强度下降。

在保证施工质量的条件下，水灰比愈小，混凝土的强度就愈高。

但是，如果水灰比太小，拌合物过于干涩，在一定的施工条件下，无法保证浇灌质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，也将显著降低混凝土的强度和耐久性。

（2）集料的性质与数量
集料的性质包括集料的几何性质、集料的力学性质，以及集料与水泥水化产物的亲和性。

只有具有一定数量的品质优良的且能与水泥较好粘结的集料，才能配制出具有较高强度的混凝土
（3）养护的温度和湿度
混凝土强度的增长，是水泥的水化、凝结和硬化的过程，必须在
一定的温度和湿度条件下进行。

在保证足够湿度情况下，不同养护温度，其结果也不相同。

温度高，水泥凝结硬化速度快，早期强度高，所以在混凝土制品厂常采用蒸汽养护的方法提高构件的早期强度，以提高模板和场地周转率。

低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0°Ｃ以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。

水泥的水化必须在有水的条件下进行，因此，混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。

(3) 龄期
在正常养护条件下，混凝土强度的增长遵循水泥水化历程规律，即随着龄期时间的延长，强度也随之增长。

最初７～１４ｄ内，强度增长较快，２８ｄ以后增长较慢。

但只要温湿度适宜，其强度仍随龄期增长。

普通水泥制成的混凝土，在标准养护条件下，其强度的发展，大致与其龄期的对数成正比（龄期不小于三天）
式中fn——nd龄期混凝土的抗压程度, MPa；
ｆ28—— 28ｄ龄期混凝土的抗压强度, MPa；
lgｎ、lg 28——ｎ（ｎ不小于3）和28的常用对数。

（4）施工质量
施工质量的好坏对混凝土强度有非常重要的影响。

施工质量包括配
料准确，搅拌均匀，振捣密实，养护适宜等。

任何一道工序忽视了规范管理和操作，都会导致混凝土强度的降低。

(5) 试验条件
试验条件对混凝土强度的测定也有直接影响。

如试件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及温湿度等，测定时，要严格遵照试验规程的要求进行，保证试验的准确性。

2.混凝土强度测定的方法
混凝土的强度测定主要分为2种方法
（1）实验室测定
立方块法
按照标准的制作方法制成边长为150ｍｍ的正立方体试件，在标准养护条件（温度２０士2°Ｃ，相对湿度95％以上）下，养护至28ｄ龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度”（以fcu表示, 以Ｎ／ｍｍ2即ＭＰa）
圆柱法
（2）施工现场测定
岩芯法回弹法拔出法
3．为什么限制集料最大粒径
（1）集料，水泥石收缩不一致，因为集料和水泥石收缩不一致而使混凝土内部产生了内应力，从而使集料的粒径增大，使之产生的内应力增大，混凝土内部结构会出现裂纹，裂纹使混凝土的强度下降。

（2）界面过渡区的影响，如果集料粒径太大。

界面过渡区会随之增
大，因为界面过渡区的性能是混凝土中比较差的部分，所以我们要消除界面过渡区，在其中会使受到的应力集中，不利于混凝土的力学性能，强度会下降。

（3）集料和水泥石的弹性形变性能不一致，因为产生的应力在混凝土内部分布不均，集料的粒径会增大，产生的应力差增大，不利于混凝土的强度性能。

因此我们一般对混凝土的粗骨料控制在3．2cm左右，细骨料品种对混凝土强度影响程度比粗骨料小，但砂的质量对混凝土质量也有一定的影响。

因此，砂石质量必须符合混凝土各标号用砂石质量标准的要求。

由于施工现场砂石质量变化相对较大，因此必须保证砂石的质量要求，并根据现场砂含水率及时调整水灰比，以保证混凝土配合比.
4.提高混凝土强度的措施
（1）选用高强度水泥和低水灰比
水泥是混凝土中的活性组分，在相同的配合比情况下，所用水泥的强度等级越高，混凝土的强度越高。

水灰比是影响混凝土程度的重要因素，试验证明，水灰比增加１％，则混凝土强度将下降５％，在满足施工和易性和混凝土耐久性要求条件下，尽可能降低水灰比和提高水泥强度，这对提高混凝土的强度是十分有效的。

（2）掺用混凝土外加剂
在混凝土中掺入减水剂，可减少用水量，提高混凝土强度；掺入早强剂，可提高混凝土的早期强度。

在混凝土中掺入矿物外加剂（如
磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉等），可以节约水泥，降低成本；减少环境污染，改善混凝土诸多性能。

（3）采用机械搅拌和机械振动成型。

采用机械搅拌、机械振捣的混合料，可使混凝土混合料的颗粒产生振动，降低水泥浆的粘度和骨料的摩擦力，使混凝土拌合物转入液体状态，在满足施工和易性要求条件下，可减少拌合用水量，降低水灰比。

同时，混凝土混合物被振捣后，它的颗粒互相靠近，并把空气排出，使混凝土内部孔隙大大减少，从而使混凝土的密实度和强度大大提高。

（4）采用湿热处理
湿热处理可分为蒸汽养护和蒸压养护两类。

蒸汽养护就是将成型后的混凝土制品放在100℃以下的常压蒸汽中进行养护。

以加快混凝土强度发展的速度。

混凝土经16～20ｈ的蒸汽养护后，其强度即可达到标准养护条件下28ｄ强度的70％～ 80％。

蒸压养护混凝土在175℃温度和８个大气压的蒸压釜中进行养护。

主要适用于硅酸盐混凝土拌合物及其制品。

硅灰的主要化学成分为非晶态的无定型二氧化硅(SiO2)，一般占90%以上。

高细度的无定型SiO2具有较高的火山灰活性，即在水泥水化产物氢氧化钙(Ca(OH)2)的碱性激发下，SiO2能迅速与Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)，提高混凝土强度并改善混凝土性能。

5.碎石集料与卵石集料
碎石因为形状原因，会产生较大的机械齿合力。

所以在一般生产建筑
中我们以碎石料为主，但是碎石主要是从山上爆破出来的，而卵石主要在河道附近，易于取用。

碎石一定比卵石好用？这种说法是片面的，在一定的情况下，卵石料是比碎石好的。

（1）碎石易形成较大的水囊
在混凝土浆中，会有一部分流动水，卵石较光滑，对水的阻碍小，虽然形成水囊，但水囊平滑且浅，水易从两边滑出。

碎石水囊较深，易形成凹面，并且不光滑，水部容易溢出。

当水灰比小的时候，水泌出，碎石的这种劣势没有表现出来。

当水灰比大时，容易出现泌水现象，这时碎石的劣势就变下出来了。

（2）在保证相流动度的前提下，碎石的用水量较大，在水灰比不变的情况下，碎石的这种劣势没有表现，但若在大体积混凝土建
筑中如梁柱、水泥地基等需要考虑水化热湿升情况下，要控制
水泥量。

在水泥量不变时，用水量就会增加，水灰比变大，混
凝土的强度会下降。

粉煤灰使用的优点
1、在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料：在一般情况下，在混凝土中合理使用一吨粉煤灰可以取代0.6－0.9吨的水泥，并取代10%左右的细骨料，引桥12000M 3混泥土中减少水泥用量960T。

2、减少了用水量：经实验，用30％的粉煤灰代替20％的水泥，搅拌混凝土中用水量可减少7％左右，而且增强了混凝土地密实性。

3、改善了混凝土拌和物的和易性：粉煤灰改善混凝土拌和的和
易性的效果比较显著，对于贫混凝土和细集料用量不足的混凝土特别有效。

4、增强混凝土的可泵性：对于掺加粉煤灰的泵送混凝土来说，出了因改善和易性而提高了易泵性之外，同时由于泌水性和离析现象改善，以及粉煤灰本身的球形玻璃体效应，可以得到更好的减阻效果。

5、减少了混凝土的徐变：混泥土的徐变对工程施工是不利的，经实验研究粉煤灰混凝土和基准混凝土的对比，前期接近，而徐变值后期明显较小，经加荷确定约减少50％。

6、减少水化热、热能膨胀性：混凝土中水泥水化反应要放出热量，在大体积混凝土构件中会出现中心与边缘温度差而产生应力，导致裂缝。

由于粉煤灰的掺加有利于减少在混凝土内部由于水化热而产生的升温，减少了混凝土热膨胀出现裂缝的危险。

7、提高混凝土抗渗能力：由于混凝土能减少用水量和降低水灰比，并且在和水泥水化过程中析出氢氧化钙生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，使水泥石中毛细孔的数量减少，孔径变小，增加了对液体和气体的渗透和扩散作用的抵抗力，即抗渗力。

8、增加混凝土地修饰性：粉煤灰混凝土修饰性比基准混凝土要好，能使表面平整饱满，较容易摸面和修饰而且硬化后的混凝土色泽更为美观
粉煤灰的掺加也对混凝土的使用产生了一定的副作用
1、抗冻性降低:经研究发现，掺加了粉煤灰的混凝土较基准混泥土抗冻指标有所下降，如要提高抗冻性能，则要提高强度或延长养护
龄期。

2、抗剪强度、粘结强度有所降低、从上看粉煤灰在使用中利远大于弊，粉煤灰在混凝土中的贡献还主要取决于其品质及对他的效应发挥的程度。