谈影响混凝土强度的因素

张晓德

（中泽建工集团有限公司，山西太原　030032）



谈影响混凝土强度的因素

张晓德

（中泽建工集团有限公司，山西太原030032）

摘要：结合工作经验，从水泥强度、骨料、水胶比、养护温度、湿度、龄期等方面，分析了影响混凝土强度的因素，并探讨了各因素对混凝土强度的影响程度，为混凝土的配合比设计提供了参考依据。

关键词：混凝土强度，骨料，水胶比，养护温度，龄期

0　引言

在许多工程实例中，会碰到混凝土的强度不够，从而需对原结构进行加固补强，这样会造成住户的使用面积减小，同时也增加了对原设计地基的附加应力，从经济方面以及结构安全方面都造成了严重的后果，从这点出发结合本人在工程实践中的一些积累，对影响混凝土强度因素谈一下心得，在一般情况下混凝土的破坏在外力作用下发生在水泥石与骨料粘结面上，即通常所说的粘结面破坏形式，另一种情况，水泥石本身强度在外力作用下破坏，混凝土破坏大致分为这两种形式，破坏机理不同，由于混凝土的粗骨料强度远远大于水泥石强度，骨料最先破坏可能很小，所以着重从水泥石强度，粗骨料性质对混凝土的影响进行分析。

水泥石强度又与水泥标号，水胶比，骨料性有关，此外还与施工质量，养护条件，龄期密切相关。

1　水泥强度

水泥是混凝土中最主要的水硬性，无机矿物胶凝材料，通过水泥物理化学反应，生成新物质胶凝作用可配制各种等级的强度混凝土制品，水泥品种选择应与混凝土强度相适应，低等级水泥配制高强度混凝土，会使水泥用量增加，不经济，相反用高等级水泥配制低强度混凝土会使混凝土和易性变差，以及密实度降低，耐久性变差，合理的等级范围应选择在所配混凝土强度1. 5倍～2倍为宜，C80以上可取0. 8倍～1. 5倍，在配合比相同情况下所用水泥等级愈高配制混凝土强度也越高。

2　骨料

砂：粗细级配程度直接影响水泥石的强度，不同粒径砂掺到一起可以使总表面积减小，所配制混凝土水泥用量越小，合理的级配可以提高水泥石密实度，此外砂的坚固性也是影响水泥石强度另一重要因素，所以质量损失应符合相关要求，在严寒及寒冷地区干湿交替下，循环后的质量损失应不大于8%，其他条件下，循环后的质量损失不大于10%。石：粗骨料表面的粗糙程度以及表面特征直接影响水泥的粘结的好坏，碎石棱角越多越粗糙，与泥胶凝材料结合面摩擦力愈强，结合力愈高，粗骨料的形状有针状和片状之分，针状，片状过多也会使混凝土强度降低，以C30的强度为界，应合理的控制碎石卵石的针，片状颗粒含量，骨料的坚固性也影响着混凝土强度，按标准试验，试样经五次循环后在严寒寒冷地区干湿交替下，质量损失不大于8%，在其他条件下不大于12%。

3　水胶比

在配合比一定，采用同一品种，同一强度等级水泥情况下，水灰比决定于混凝土强度，水胶比合理分配也影响着耐久性，抗冻性，抗腐蚀性，从而影响水泥石强度，水泥水化所需结合水大概占水泥质量的23%，但为了满足混凝土运输，泵送，浇筑，振捣要求而增大用水量（大约为水泥质量的40%～70%），即增大水胶比，因为水泥水化与结合水反应，而多余的自由水未参与水化从而会滞留在混凝土由于蒸发后而形成的气孔中，其结果会减少混凝土抵抗荷载的有效面积，甚至由于气孔周围断面突变会引起应力集中，加速混凝土结构破坏，此外水泥标号相同条件下，水胶比越小，水泥石强度越高，与粗骨料粘结越结实，混凝土强度越高，如果水胶比太小，混凝土流动性变差，也会给施工造成困难，特别是泵送，若梁柱交叉处钢筋密集处下料，振捣，浇筑质量不能很好控制，会造成堵管，蜂窝，麻面以及孔洞等质量问题。实践说明，混凝土强度随水胶比的增大而降低，呈曲线关系，而混凝土强度和胶水比呈直线关系（如图1，图2所示）。

图1　混凝土抗压强度与水胶比关系曲线图

图2　混凝土抗压强度与胶水比关系曲线图

混凝土的最大水胶比和最小水泥用量见表1。

表1　混凝土的最大水胶比和最小水泥用量

4　养护温度

温度对混凝土强度增长过程的影响是至关重要的，水泥水化受温度的制约，可以调节混凝土水化速度，强度增长快慢，环境温度高初期水化速度快，强度增长也较快，但是由于初期急速的水化使水泥水化产生的水化物在混凝土中分布不均匀，稠密程度不均匀，这样稠密程度低，会成为结构薄弱点，形成应力集中而降低混凝土的整体强度，反而稠密程度高的区域，水化物吸附的水泥颗粒周围会使水化反应速度降低，对后期强度增长速度放缓，如图3所示：在49℃温度曲线上，当龄期到28 d时后期强度才能达到75%左右。

在环境温度低的情况下，水化反应速度变慢，可以使水化作用更加充分，水化物均匀分布在水泥石结构中，有利于后期强度的增长，使混凝土结构抵抗外力作用能力增强，在图3中温度过低，比如在4℃曲线上，龄期为7 d时，强度为35%左右，龄期28 d时强度85%左右，这说明温度过低也影响强度的增长。所以环境温度必须适度，强度增长才能正常，合理。

当环境温度在冰冻点以下时，混凝土中的水结成冰，也就是说不能进行水化反应，混凝土强度停止增长，同时由于冰冻膨胀后体积变化（膨胀9%）产生很大的压力，作用在由于混凝土水化过程中水蒸发后形成孔隙内壁，产生应力使混凝土破坏，当温度升高时，冰体积减小，对孔隙内壁的作用也随着降低，这样反复冻融，使混凝土内部裂缝逐渐随着冻隔次数增加而变宽，甚至混凝土表面开始剥落，实践证明，早期强度越低，被冻坏的可能性越大，如图4所示当强度增长1 d后被冻结，龄期为20 d时，强度为15%，后期强度增长愈低；当强度增长10 d后被冻结，龄期为20 d时强度为35%，所以工程在施工过程中，特别注意温度控制，严格执行冬施工方案。

图3　养护温度对混凝土强度的影响

图4　混凝土强度与冻结日期的关系

混凝土冻坏程度还与所用水泥的品种以及抗冻耐久性有关，当混凝土的强度达到某种程度时，就不会被冻坏或是对混凝土强度影响很小，这就是我们常说的受冻临界强度。当采用蓄热法，暖棚法，加热法施工时，采用硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥配制混凝土不应低于设计强度等级30%；采用矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，复合硅酸盐水泥配制混凝土时不应低于设计强度的40%；临界强度还与混凝土强度以及抗冻耐久性有关，当强度等级不低于C50时，不应低于设计强度等级值70%。

5　湿度

湿度对混凝土强度增长有非常大的影响，湿度适宜可以使水泥水化非常充分，强度能得到保证，假如湿度不够，会使混凝土水泥水化因失水影响水化进程，甚至停止水化，造成结果是水化未能完成，或者水化反应不充分，使混凝土结构疏松，耐久性差；保持湿润的时间越短，前期增长强度越小，后期强度增长较慢；如果长期保持湿润，前期强度增长较大，后期强度增长有很大空间，如图5所示：当保持湿润3 d，28 d龄期强度为60%左右；当保持湿润14 d，28 d龄期强度为90%左右。

图5　混凝土强度与湿润状态保持时间的关系

6　龄期

混凝土在温度，湿度正常条件下，水泥水化作用充分，早期强度增长较快，28 d以后强度增长较慢，但强度仍继续增长，普通水泥制成的混凝土，在标准条件养护下，混凝土强度的发展大致与其龄期的对数成正比（龄期不少于3 d）。

式中：fn——n d龄期混凝土的抗压强度；

f28——28 d龄期混凝土的抗压强度；

n——养护龄期，大于3 d。

通过上述五个方面因素分析，只要在混凝土的配合比科学合理，配制水泥品种用量正确，以及配制混凝土过程中严格控制水胶比，砂的级配良好，合理选择粗骨料，在施工过程中注意保温、保湿、在保证期龄的情况下，就能保证混凝土的强度；假如五个方面影响因素叠加在一起，混凝土强度能达到设计强度的多少，还需要进行讨论。

On factors affecting concrete strength

Zhang Xiaode
（Zhongze Construction Engineering Group Co.，Ltd，Taiyuan 030032，China）

Abstract：Combining with the work experience，the paper analyzes the factors affecting the concrete strength from the cement strength，aggregate，water-binder ratio，maintenance temperature，moisture，age and other aspects，and explores the influential standards of these factors on the concrete strength，so as to provide some reference for the design of the proportional ratio of the concrete.

Key words：concrete strength，aggregate，water-binder ratio，maintenance temperature，age

中图分类号：TU528

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0117-02

收稿日期：2016-01-14

作者简介：张晓德（1981-），男，工程师