第5章-混凝土-性能

5.3普通混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)

包括混凝土拌合物的和易性、硬化混凝土的強(qiáng)度、變形及耐久性。

5.3.1混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物(freshconcrete)是混凝土組成材料拌合后尚未凝結(jié)硬化的混合物，也稱新拌混凝土?；炷涟韬衔锏男阅懿粌H影響拌合物的制備、運(yùn)輸、澆注、振搗設(shè)備的選擇，而且還影響硬化后混凝土的性能。混凝土拌合物必須滿足以下幾個(gè)方面的要求：易于拌合和運(yùn)輸；給定的同一批產(chǎn)品或幾批產(chǎn)品之間應(yīng)該是均勻的；具有流動性，能完全充滿模具；能夠在不需要施加過多能量的條件下完全緊密地結(jié)合在一起；澆注和搗實(shí)的過程中不離析；依靠模板或通過抹平和其他表面處理方式能很好地終飾。5.3.1.1和易性的概念

和易性，也稱工作性,是指混凝土拌合物易于施工操作（攪拌、運(yùn)輸、澆注、搗實(shí)）并能獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的混凝土性能,包括三方面的含義。流動性－混凝土拌合物在本身自重或施工機(jī)械振搗的作用下，能產(chǎn)生流動，并均勻密實(shí)地填滿模板的性能。流動性好的混凝土操作方便，易于搗實(shí)、成型。粘聚性－混凝土拌合物在施工過程中，其組成材料之間具有一定的粘聚力，不產(chǎn)生分層和離析現(xiàn)象。保水性－混凝土拌合物在施工過程中，具有一定的保水能力，不產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。5.3.1.2混凝土拌合物和易性測定方法及指標(biāo)（1）坍落度法(slumpconstantmethod)（2）維勃稠度法（Vebe-Bee’smethod）5.3.1.3流動性（坍落度）的選擇

選擇混凝土拌合物的坍落度，要根據(jù)構(gòu)件截面大小，鋼筋疏密和搗實(shí)方法來確定。5.3.1.4混凝土拌合物和易性的影響因素影響混凝土拌合物和易性的因素很多。（1）混凝土拌合物單位用水量過大，會使拌合物粘聚性和均勻性變差，產(chǎn)生嚴(yán)重泌水、分層或流漿，并有可能使混凝土強(qiáng)度和耐久性嚴(yán)重降低。（2）水泥漿的數(shù)量水泥漿賦予混凝土拌和物一定的流動性。水泥漿愈多，則拌合物的流動性愈大。水泥漿過多，將會出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，粘聚性變差；水泥漿過少，則骨料之間缺少粘結(jié)物質(zhì)，易使拌合物發(fā)生離析和崩塌。（3）水泥漿的稠度——水灰比水泥漿的稠度是由水灰比所決定的。水灰比越小，水泥漿越稠，混凝土拌合物的流動性越小。無論是水泥漿的多少還是水泥漿的稀稠，實(shí)際上對混凝土拌和物流動性起決定作用的是用水量。因?yàn)闊o論是提高水灰比或增加水泥漿用量最終會表現(xiàn)為混凝土用水量的增加。在試拌混凝土?xí)r，不能用單純改變用水量的辦法來調(diào)整混凝土拌和物的流動性。單純改變用水量會改變混凝土的強(qiáng)度和耐久性，因此應(yīng)該在保持水灰比不變的條件下，用調(diào)整水泥漿量的辦法來調(diào)整混凝土拌和物的流動性。（4）骨料骨料對混凝土和易性的影響有兩方面，即骨料的質(zhì)量和粗細(xì)骨料的比例。1）砂率(sandratio)

混凝土中細(xì)骨料的質(zhì)量占骨料總質(zhì)量的百分率用砂率（βS）表示。砂率過大時(shí)，骨料的總表面積及空隙率都會增大，在水泥漿含量不變的情況下，水泥漿量相對變少，減弱了水泥漿的潤滑作用，使混凝土拌和物的流動性減小。砂率過小，在石子間起潤滑作用的砂漿層不足，也會降低混凝土拌和物的流動性，而且會嚴(yán)重影響其粘聚性和保水性，容易造成離析、流漿等現(xiàn)象。因此，砂率有一個(gè)合理值。當(dāng)水與水泥用量一定，采用合理砂率能使混凝土拌和物獲得最大的流動性且能保持良好的粘聚性和保水性，如圖5.10所示?；炷涟韬衔铽@得所要求的流動性及良好的粘聚性與保水性的情況下，采用合理砂率，水泥用量最少，如圖5.11所示。一般情況下，在保證拌合物不離析，能很好的澆注、搗實(shí)的條件下，應(yīng)盡量選用較小的砂率,以節(jié)約水泥。2）骨料的形狀特征一般認(rèn)為，越接近球形的顆粒，混凝土就越易于成型。表面光滑的顆粒比粗糙的顆粒有更好的工作性。骨料的孔隙率大，其吸水率大，混凝土拌合物和易性變差。（5）時(shí)間和溫度拌合物加水拌和后，隨時(shí)間的延長而逐漸變得干稠，流動性減少，這是因?yàn)樗謸p失。環(huán)境溫度升高，水分蒸發(fā)及水泥水化反應(yīng)加快，坍落度損失也加快。（6）外加劑和摻合料在拌制混凝土?xí)r，加入適量的摻合料（粉煤灰、礦粉等）和少量的外加劑（如減水劑、引氣劑）能使混凝土拌合物在不增加水泥用量（或減少水泥用量）的條件下，獲得很好的和易性，增大流動性和改善粘聚性、降低泌水性。由于改變了混凝土的結(jié)構(gòu)，還能提高混凝土的耐久性。5.3.1.5改善和易性的措施調(diào)整混凝土拌合物的和易性時(shí)，必須兼顧流動性、粘聚性和保水性，并考慮對混凝土強(qiáng)度、耐久性的影響，綜合上述要求，實(shí)際調(diào)整時(shí)可以采取以下措施：（1）通過試驗(yàn)，采用合理砂率，以利于提高混凝土質(zhì)量和節(jié)約水泥。（2）采用較粗大的、級配良好的粗、細(xì)骨料。（3）當(dāng)所測混凝土拌合物坍落度小于設(shè)計(jì)值時(shí)，保持水灰比不變，適當(dāng)增加水泥漿用量；拌合物坍落度大于設(shè)計(jì)值時(shí)，保持砂率不變，增加砂石用量。（4）摻加適宜的外加劑和摻合料。5.3.1.6混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間

混凝土的凝結(jié)時(shí)間與配制該混凝土所用水泥的凝結(jié)時(shí)間并不一致。通常用貫入阻力儀測定混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間。用5mm篩孔的篩從拌合物中篩取砂漿.5.3.2混凝土的強(qiáng)度

5.3.2.1混凝土的受壓破壞過程（1）混凝土中的過渡區(qū)混凝土宏觀上可以認(rèn)為是顆粒狀的粗細(xì)骨料均勻地分散在水泥石中形成的分散體系。強(qiáng)度－混凝土＜砂漿＜水泥石＜骨料；而彈性模量則是，水泥石＜混凝土（砂漿）＜骨料。由于骨料相和水泥石相強(qiáng)度高，但混凝土強(qiáng)度卻降低，因此由骨料與水泥石之間的界面形成的過渡區(qū)對混凝土強(qiáng)度起了決定作用?；炷吝^渡區(qū)結(jié)構(gòu)骨料C-S-H鈣礬石CH過渡區(qū)是指在骨料的表面到水泥石本體之間存在10～50μm的界面過度薄層?；炷猎谀逃不?，骨料顆粒受重力作用向下沉降，含有大量水分的稀水泥漿則由于密度小而向上遷移，它們之間的相對運(yùn)動使骨料顆粒的周壁形成一層稀漿膜，待混凝土硬化后，這里就形成了過渡區(qū)。過渡區(qū)內(nèi)水灰比大，氫氧化鈣、鈣礬石等結(jié)晶尺寸較大，含量較多，且大多垂直于骨料表面定向生長；在水泥漿體凝結(jié)硬化過程中，本體相內(nèi)的孔隙由來自于周圍的水泥顆粒水化生成的產(chǎn)物填充，使得原來充水的空間逐步被水化產(chǎn)物填充而變得密實(shí)；而骨料與水泥顆粒之間的孔隙，只有來自水泥一側(cè)的水化產(chǎn)物填充，骨料一側(cè)對填充孔隙沒有任何貢獻(xiàn)。因此，過渡區(qū)內(nèi)水化硅酸鈣凝膠體的數(shù)量較少，密實(shí)度差，孔隙率大，尤其是大孔較多，嚴(yán)重降低過渡區(qū)的強(qiáng)度。并且由于骨料和水泥凝膠體的變形模量、收縮性能等存在著差別，或者由于泌水在骨料下方形成的水隙中的水蒸發(fā)等原因、過渡區(qū)存在著大量原生微裂縫，是混凝土整體強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)?；炷恋钠茐奶卣魍墙缑嫫茐囊沧C明了這一點(diǎn)。過渡區(qū)的體積可達(dá)到硬化水泥漿體的20%～40%，其量是相當(dāng)可觀，雖然硬化的水泥凝膠體和骨料兩相的強(qiáng)度都很大，但在這兩相之間的過渡區(qū)比較薄弱，使混凝土的整體強(qiáng)度明顯地降低。過渡區(qū)對對混凝土的耐久性重要影響。因?yàn)橛不乃嗍凸橇蟽上嘣趶椥阅Ａ?、線膨脹系數(shù)等參數(shù)上的差異，在反復(fù)荷載、冷熱循環(huán)與干濕循環(huán)作用下，過渡區(qū)作為薄弱環(huán)節(jié)，在較低的拉應(yīng)力水平下其裂縫就會擴(kuò)展，使外界水分和侵蝕性物質(zhì)通過過渡區(qū)的裂縫很容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，對混凝土和其中的鋼筋產(chǎn)生侵蝕作用，縮短混凝土結(jié)構(gòu)物的使用壽命。（2）混凝土受力裂縫擴(kuò)展過程—混凝土的受力變形與破壞過程混凝土在單軸受壓作用下的破壞過程，是其內(nèi)部微裂縫（microcracking）隨荷載增大而延伸、發(fā)展、連通的過程，分為四個(gè)階段。

Ⅰ階段：荷載達(dá)“比例極限”（約為極限荷載的30%）以前，界面裂縫無明顯變化，荷載與變形近似直線關(guān)系。

Ⅱ階段：荷載超過“比例極限”后，界面裂縫的數(shù)量、長度及寬度不斷增大，而砂漿內(nèi)尚未出現(xiàn)明顯的裂縫。此時(shí)，變形增大的速度大于荷載增大的速度，荷載與變形之間不再是線性關(guān)系，混凝土開始產(chǎn)生塑性變形。

Ⅲ階段：荷載超過“臨界荷載”后（約為極限荷載的70%～90%），界面裂縫繼續(xù)發(fā)展，砂漿中開始出現(xiàn)裂縫。部分界面裂縫連接成連續(xù)裂縫，變形增大的速度進(jìn)一步加快，曲線明顯彎向變形坐標(biāo)軸。

Ⅳ階段：荷載超過極限荷載后，連續(xù)裂縫急速擴(kuò)展，混凝土承載能力下降，荷載減小而變形迅速增大，以至完全破壞，曲線下彎而終止?；炷恋氖軌浩茐倪^程，就是內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展過程。只有當(dāng)混凝土內(nèi)部的微觀破壞發(fā)展到一定量級時(shí)，才會使混凝土的整體遭受破壞。5.3.2.2混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與強(qiáng)度等級按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將混凝土拌合物制作邊長為150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度為20±2℃，濕度為95%以上，或在溫度為20±2℃的不流動的Ca(OH)2飽和溶液中）下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，測得的抗壓強(qiáng)度值為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度以?cu表示。測定混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，按粗骨料最大粒徑而選用不同試件的尺寸。但是試件尺寸不同、形狀不同，會影響試件的抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果。因而在計(jì)算其抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)乘以換算系數(shù)，以得到相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)試件的試驗(yàn)結(jié)果。采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測定混凝土強(qiáng)度是為了使混凝土的質(zhì)量具有可比性。在實(shí)際工程中，其養(yǎng)護(hù)條件（溫度、濕度）有較大變化，為了反映工程中混凝土的強(qiáng)度情況，常把混凝土試件放在與工程相同條件下養(yǎng)護(hù)，再按所需齡期測定強(qiáng)度，作為工地混凝土質(zhì)量控制的依據(jù)。混凝土強(qiáng)度等級是按混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值來劃分的?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是指按標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的強(qiáng)度總體分布中具有不低于95％保證率的抗壓強(qiáng)度值，以?cu,k表示?；炷翉?qiáng)度等級采用符號C加立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（以MPa計(jì)）表示。普通混凝土劃分為十二個(gè)強(qiáng)度等級：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55及C60。5.3.2.3混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度

混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度只是評定強(qiáng)度等級的一個(gè)標(biāo)志，它不能直接用來作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。為了符合工程實(shí)際，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土受壓構(gòu)件的計(jì)算采用混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度?cp又稱棱柱體強(qiáng)度）。軸心抗壓強(qiáng)度的測定采用150mm×150mm×300mm的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件。軸心抗壓強(qiáng)度?cp比同截面的立方體強(qiáng)度值?cu小，棱柱體試件高寬比越大，軸心抗壓強(qiáng)度越小。在立方抗壓強(qiáng)度?cu=10Mpa～55MPa的范圍內(nèi)，軸心抗壓強(qiáng)度?cp與同截面的立方體抗壓強(qiáng)度?cu之比約為0.7～0.8。5.3.2.4混凝土的抗拉強(qiáng)度混凝土的抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20，且隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，比值降低?？估瓘?qiáng)度對于抗開裂性有重要意義，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗拉強(qiáng)度是確定混凝土抗裂能力的重要指標(biāo)。有時(shí)也用它來間接衡量混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度等?；炷量估瓘?qiáng)度通常采用立方體劈裂抗拉試驗(yàn)來測定，該方法的原理是在試件的兩個(gè)相對表面的中線上，作用著均勻分布的壓力，這樣就能夠在外力作用的豎向平面內(nèi)產(chǎn)生均布拉伸應(yīng)力。5.3.2.5混凝土的抗折強(qiáng)度

混凝土抗折強(qiáng)度的試驗(yàn)方法采用三分點(diǎn)加載。試件的抗折強(qiáng)度ff按下式計(jì)算：5.3.2.6影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素

（1）原材料因素1）水泥強(qiáng)度在配合比相同的條件下，所用的水泥強(qiáng)度等級越高，制成的混凝土強(qiáng)度也越高。2）水灰比水泥品種及強(qiáng)度相同時(shí)，混凝土的強(qiáng)度主要決定于水灰比。滿足和易性要求的混凝土，在水泥強(qiáng)度相同的情況下，水灰比越小，水泥石的強(qiáng)度越高，與骨料粘結(jié)力也越大，混凝土的強(qiáng)度就越高?；炷翉?qiáng)度與水灰比、水泥強(qiáng)度等級等因素之間保持近似恒定的關(guān)系。一般采用下面直線型的經(jīng)驗(yàn)公式來表示：式中?cu——混凝土28d抗壓強(qiáng)度，MPa；C/W——灰水比，水泥與水的質(zhì)量比；fce——水泥的28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測值，MPa；αa、αb——回歸系數(shù)，與骨料的品種、水泥品種等因素有關(guān)。水泥廠為了保證水泥的出廠強(qiáng)度等級，其實(shí)際抗壓強(qiáng)度往往比其強(qiáng)度等級高。當(dāng)無水泥28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測值時(shí)，需要計(jì)算。回歸系數(shù)αa和αb應(yīng)根據(jù)工程所使用的水泥、骨料，通過試驗(yàn)由建立的水灰比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系式確定；當(dāng)不具備試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，其回歸系數(shù)可按表采用。混凝土強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式具有實(shí)用意義，在工程中普遍采用?？梢愿鶕?jù)所用水泥的強(qiáng)度等級和水灰比來估計(jì)混凝土的強(qiáng)度，也可根據(jù)混凝土的強(qiáng)度要求來估計(jì)水灰比。3）骨料的種類、質(zhì)量和數(shù)量水泥石與骨料的粘結(jié)力除了受水泥石強(qiáng)度的影響外，還與骨料（尤其是粗骨料）的表面狀況有關(guān)。碎石表面粗糙，粘結(jié)力比較大，卵石表面光滑，粘結(jié)力比較小。因而在水泥強(qiáng)度等級和水灰比相同的條件下，碎石混凝土的強(qiáng)度往往高于卵石混凝土。當(dāng)粗骨料級配良好，用量及砂率適當(dāng)，骨料的骨架作用充分，也會使混凝土強(qiáng)度有所提高。骨料最大粒徑對混凝土強(qiáng)度的影響與水灰比有關(guān)，在配制較高強(qiáng)度（即低水灰比）混凝土?xí)r，混凝土抗壓強(qiáng)度隨粗骨料最大粒徑的增大而降低，此現(xiàn)象反映在水灰比越低時(shí)更為明顯。當(dāng)水灰比提高到一定值（低強(qiáng)度混凝土）時(shí)，則粗骨料的最大粒徑對混凝土強(qiáng)度沒有很大的影響。因此在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，不應(yīng)采用較大粒徑的粗骨料。4）外加劑和摻合料混凝土中加入外加劑可按要求改變混凝土的強(qiáng)度及強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，如摻入減水劑可減少拌合用水量，提高混凝土強(qiáng)度；摻入早強(qiáng)劑可提高混凝土早期強(qiáng)度，但對其后期強(qiáng)度發(fā)展無明顯影響。超細(xì)的摻合料可配制高性能、超高強(qiáng)度混凝土。（2）生產(chǎn)工藝因素生產(chǎn)工藝因素包括混凝土生產(chǎn)過程中涉及到的施工（攪拌、搗實(shí)）、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等因素。如果這些因素控制不當(dāng)，會對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。1）施工條件——攪拌與振搗機(jī)械攪拌比人工攪拌的拌合物更均勻，采用機(jī)械搗實(shí)比人工搗實(shí)的混凝土更密實(shí)。改進(jìn)施工工藝可提高混凝土強(qiáng)度，如采用分次投料攪拌工藝；采用高速攪拌工藝；采用高頻或多頻振搗器；采用二次振搗工藝等都會有效地提高混凝土強(qiáng)度。2）養(yǎng)護(hù)(curing)條件——溫度和濕度為提高混凝土強(qiáng)度，可采用濕熱養(yǎng)護(hù)的方法，分蒸氣養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)兩種：①蒸汽養(yǎng)護(hù)－將混凝土放在溫度不高于100℃的常壓蒸汽中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。一般混凝土經(jīng)過16個(gè)小時(shí)左右蒸汽養(yǎng)護(hù)后，其強(qiáng)度可達(dá)到正常條件下養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度的70%～80％。②蒸壓養(yǎng)護(hù)－將混凝土放在高溫飽和水蒸汽（175℃、8個(gè)大氣壓）的蒸壓釜內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。3）養(yǎng)護(hù)時(shí)間也稱為齡期，是指混凝土在正常養(yǎng)護(hù)條件下所經(jīng)歷的時(shí)間。在正常養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度隨著齡期的增長而增長。最初7d～14d內(nèi)，強(qiáng)度增長較快，以后逐漸緩慢。在有水的情況下，齡期延續(xù)很久，其強(qiáng)度仍有所增長。普通水泥混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)下，齡期不小于3d的混凝土強(qiáng)度發(fā)展大致與其齡期的對數(shù)成正比關(guān)系。可按下式根據(jù)某一齡期的強(qiáng)度推算另一齡期的強(qiáng)度。（3）實(shí)驗(yàn)因素1）試件尺寸和形狀在進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，立方體試件尺寸越小，測得的強(qiáng)度值越高；棱柱體（或圓柱體）試件強(qiáng)度低于同截面的立方體試件強(qiáng)度。“環(huán)箍效應(yīng)”使混凝土抗壓強(qiáng)度的測試結(jié)果偏大。離壓板越遠(yuǎn)，“環(huán)箍效應(yīng)越”小。棱柱體（或圓柱體）試件由于高寬比（或長徑比）大，中間區(qū)段已無環(huán)箍效應(yīng)，形成了純壓狀態(tài)，因而其強(qiáng)度低于同截面的立方體試件強(qiáng)度。立方體試件尺寸較大時(shí)，環(huán)箍效應(yīng)的相對作用較小，測得的強(qiáng)度因而偏低。另一方面大試件內(nèi)存在的孔隙、裂縫等缺陷的機(jī)率大，從而降低了材料的強(qiáng)度。2）表面狀態(tài)當(dāng)混凝土受壓面非常光滑時(shí)（如涂有油脂），由于壓板與試件表面的摩擦力減小，使環(huán)箍效應(yīng)減小，且測得的混凝土強(qiáng)度值較低。另外，試件表面高低不平時(shí)，將會降低其強(qiáng)度值。3）含水程度混凝土試件含水率越高，其強(qiáng)度越低。4）加荷速度加荷速度越快，材料變形落后于荷載的增加，故測得的強(qiáng)度值較高。5）試驗(yàn)溫度試件的溫度對混凝土強(qiáng)度也有影響。即使在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)的混凝土，較高的試驗(yàn)溫度所獲得的強(qiáng)度值較低。實(shí)際工程中，保證工程質(zhì)量起見，需要對混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)，方法有鉆芯法、回彈法、超聲回彈綜合法、后裝拔出法等。但由于試驗(yàn)各方面因素的巨大差異，這些方法的測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)條件下的試驗(yàn)結(jié)果有較大出入，工程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。5.3.2.7提高混凝土強(qiáng)度的措施

提高混凝土強(qiáng)度的措施有：采用強(qiáng)度等級高的水泥；采用低水灰比的混凝土；采用有害雜質(zhì)少、級配良好、最大粒徑較小的骨料和合理的砂率；采用合理的機(jī)械攪拌、振搗工藝；保持合理的養(yǎng)護(hù)溫度和濕度，可能的情況下采用濕熱養(yǎng)護(hù)；摻入合適的外加劑和摻合料。

5.3.3混凝土的變形性能

混凝土在硬化和使用過程中將經(jīng)歷體積的變化。體積變化源于不同的起因，例如：施加的應(yīng)力，濕度和溫度的變化等?；炷翆@些因素的響應(yīng)是復(fù)雜的，可導(dǎo)致可逆的或不可逆的以及與時(shí)間有關(guān)的變形。當(dāng)變形受到約束時(shí)常會引起拉應(yīng)力，而拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會引起混凝土開裂，產(chǎn)生裂縫。5.3.3.1非荷載作用下的變形（1）化學(xué)收縮水泥水化后，水化產(chǎn)物的絕對體積要小于水化前水泥與水的絕對體積，從而使混凝土收縮，這種收縮稱為化學(xué)收縮。其收縮量隨混凝土硬化齡期的延長而增長，大致與時(shí)間的對數(shù)成正比?；瘜W(xué)收縮是不能恢復(fù)的，可使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微細(xì)裂縫。（2）自收縮是指混凝土在沒有和外界發(fā)生水分交換的情況下。水灰比越小，混凝土自收縮越大。水灰比≥0.5的混凝土（相當(dāng)于C30級）自收縮可以忽略；而水灰比低于0.42時(shí)自收縮極其顯著，則不可忽略。高強(qiáng)、低水灰比混凝土的自收縮可達(dá)到（200～400）×10-6，水灰比為0.3的混凝土自收縮可達(dá)到干燥收縮的一半?；炷恋淖允湛s還與水泥細(xì)度、膠凝材料的活性、混凝土表面積與體積之比等有關(guān)。為減少混凝土的自收縮，混凝土澆注后應(yīng)盡可能快的對混凝土進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)。（3）沉降收縮是指混凝土凝結(jié)前在垂直方向上的收縮，由骨料下沉、泌水、氣泡上升到表面和化學(xué)收縮而引起。沉降不均和過大會使同時(shí)澆注的不同尺寸構(gòu)件在交界處產(chǎn)生裂縫，在鋼筋上方的混凝土保護(hù)層產(chǎn)生順筋開裂。（4）塑性收縮混凝土成型后尚未凝結(jié)硬化時(shí)屬塑性階段，在此階段由于表面失水而產(chǎn)生的收縮，稱為塑性收縮。混凝土在新拌狀態(tài)下，拌合物中顆粒間充滿了水，如養(yǎng)護(hù)不足，表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率時(shí)，則會造成毛細(xì)管中產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié){體產(chǎn)生收縮。如果應(yīng)力不均勻作用于混凝土表面，則混凝土表面將產(chǎn)生裂紋。塑性收縮開裂多見于道路、地坪、樓板等大面積工程，以夏季施工最為普遍，是由化學(xué)收縮、自收縮、表面水分的快速蒸發(fā)等共同作用的結(jié)果。（5）干燥收縮混凝土在干燥過程中，毛細(xì)孔水分蒸發(fā)，使毛細(xì)孔中形成負(fù)壓，產(chǎn)生收縮力，導(dǎo)致混凝土收縮；當(dāng)毛細(xì)孔中的水蒸發(fā)完后。因此，干縮的混凝土再次吸水時(shí)，干縮變形一部分可恢復(fù)，也有一部分（約30％～60％）不能恢復(fù).硬化混凝土干燥收縮（濕度變化）干燥收縮與以下因素有關(guān)：1）水泥品種及細(xì)度2）用水量與水泥用量3）骨料的質(zhì)量與數(shù)量骨料的彈性模量越高，混凝土的收縮越小。輕骨料混凝土的收縮比普通混凝土大得多。另外含泥量、吸水率大的骨料，干縮較大。4）養(yǎng)護(hù)條件延長潮濕條件下的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，可推遲干縮的發(fā)生與發(fā)展，但對最終干縮值影響不大。若采用蒸養(yǎng)可減少混凝土干縮，蒸壓養(yǎng)護(hù)效果更顯著。自由狀態(tài)和受約束時(shí)的情況差異典型的收縮裂縫（5）碳化收縮（carbonationshrinkage）碳化伴隨有體積的收縮，稱為碳化收縮。碳化收縮是完全不可逆的，收縮原因主要是碳化過程中的水分損失所致?；炷凉こ讨?，碳化主要發(fā)生在混凝土表面處，恰好這里干燥速率也最大，碳化收縮與干燥收縮疊加后，可能引起嚴(yán)重的收縮裂縫。（6）溫度變形混凝土熱脹冷縮的變形稱為溫度變形?；炷翜囟茸冃蜗禂?shù)約為1×10－5，即溫度升高1℃，每米膨脹0.01mm。溫度變形對大體積混凝土及大面積混凝土工程極為不利?；炷恋膶?dǎo)熱能力很低，內(nèi)外溫差有時(shí)可達(dá)40～50℃，從而造成表面和內(nèi)部熱變形不一致，使混凝土表面產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)使混凝土產(chǎn)生裂縫。對縱長的混凝土結(jié)構(gòu)和大面積混凝土工程，常采取每隔一段距離設(shè)置伸縮縫，以及在結(jié)構(gòu)中設(shè)置溫度鋼筋等措施。5.3.3.2荷載作用下的變形

（1）在短期荷載作用下的變形混凝土在受力時(shí)，既產(chǎn)生可以恢復(fù)的彈性變形，又產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形，其應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系不是直線而是曲線.

在應(yīng)力—應(yīng)變曲線上任一點(diǎn)的應(yīng)力δ與其應(yīng)變ε的比值，叫做混凝土在該應(yīng)力下的變形模量。它反映混凝土所受應(yīng)力與所產(chǎn)生應(yīng)變之間的關(guān)系。在計(jì)算鋼筋混凝土的變形、裂縫開展及大體積混凝土的溫度應(yīng)力時(shí)均需知道該時(shí)混凝土的變形模量。（2）長期荷載作用下的變形混凝土在長期荷載作用下，沿著作用力方向的變形會隨時(shí)間的延長不斷增長，一般要2~3年才趨于穩(wěn)定。這種在長期荷載作用下產(chǎn)生的變形，稱為徐變(creep)。原因－認(rèn)為凝膠體在長期荷載作用下的粘性流動，并向毛細(xì)孔中移動，同時(shí)吸附在凝膠粒子上的吸附水因荷載應(yīng)力而向毛細(xì)孔遷移滲透的結(jié)果。負(fù)荷初期，由于毛細(xì)孔多，凝膠體較易移動，負(fù)荷初期徐變增大較快。后果－徐變可使鋼筋混凝土構(gòu)件截面的應(yīng)力重新分布，從而消除或減小其內(nèi)部的應(yīng)力集中現(xiàn)象，部分消除大體積混凝土的溫度應(yīng)力。而在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土徐變使鋼筋的預(yù)加應(yīng)力受到損失。影響因素－－混凝土徐變是其水泥石中毛細(xì)孔相對數(shù)量的函數(shù)，即毛細(xì)孔數(shù)量越多，混凝土的徐變越大，反之減小。環(huán)境濕度減小和混凝土失水會使徐變增加；水灰比越大，混凝土強(qiáng)度越低，則混凝土徐變增大；水泥用量越多，徐變越大，采用強(qiáng)度發(fā)展快的水泥則混凝土徐變減??；因骨料的徐變很小，故增大骨料含量會使徐變減?。谎舆t加荷時(shí)間，會使混凝土徐變減小。5.3.4混凝土的耐久性

混凝土除應(yīng)具有設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度以保證其安全承受設(shè)計(jì)荷載外，還應(yīng)具備良好抵抗環(huán)境侵蝕作用的性能?；炷两Y(jié)構(gòu)抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性，從而維持混凝土結(jié)構(gòu)的安全、正常使用的能力稱為耐久性(durability)?；炷恋哪途眯詫ρ娱L結(jié)構(gòu)使用壽命、減少維修保養(yǎng)費(fèi)用等具有重要意義，因而混凝土耐久性及耐久性設(shè)計(jì)越來越引起普遍關(guān)注。國內(nèi)外的一些混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范也正在把耐久性設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)重要內(nèi)容。混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的目標(biāo)，是使混凝土結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限即設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)，能夠保證安全運(yùn)行使用，并且盡量減少維修和更換部分組件的費(fèi)用，以達(dá)到低服務(wù)周期費(fèi)用的目標(biāo)。混凝土耐久性包含的面很廣，下面討論一些常見的耐久性問題。（1）混凝土的抗?jié)B性抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水（或油）滲透的能力。它直接影響混凝土的抗凍性和抗侵蝕性。因?yàn)闈B透性控制著水分滲入的速率，這些水可能含有侵蝕性的物質(zhì)，同時(shí)也控制混凝土中受熱或冰凍時(shí)水的移動?；炷恋目?jié)B性主要與其密實(shí)度及內(nèi)部孔隙的大小和構(gòu)造有關(guān)。影響混凝土抗?jié)B性的因素有：1）水灰比水灰比的大小對混凝土的抗?jié)B性起決定作用，水灰比越大，其抗?jié)B性越差。2）骨料的最大粒徑在水灰比相同時(shí)，混凝土骨料的最大粒徑越大，其抗?jié)B性能越差。這是由于骨料和水泥石的界面處易產(chǎn)生裂隙和較大骨料下方易形成孔穴。3）養(yǎng)護(hù)方法蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝土，其抗?jié)B性較自然養(yǎng)護(hù)的混凝土要差。在干燥條件下，混凝土早期失水過多，容易形成收縮裂隙，因而減低混凝土的抗?jié)B性。4）水泥品種不同品種的水泥，硬化后水泥石孔隙不同，孔隙越小，強(qiáng)度越高，則抗?jié)B性越好。5）外加劑在混凝土中摻入某些外加劑，如減水劑等，可減小水灰比，改善混凝土的和易性，因而可改善混凝土的密實(shí)性，提高了混凝土的抗?jié)B性能。6）摻合料在混凝土中加入摻合料，如摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰，可提高混凝土的密實(shí)度、細(xì)化孔隙，改善了孔結(jié)構(gòu)和骨料與水泥石界面的過渡區(qū)結(jié)構(gòu)，混凝土抗?jié)B性提高。7）齡期混凝土齡期越長，由于水泥的水化，混凝土密實(shí)性增大，其抗?jié)B性提高。混凝土的抗?jié)B性用抗?jié)B等級表示。抗?jié)B等級是以28d齡期的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件，按規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)，所能承受的最大靜水壓力來確定?；炷恋目?jié)B等級分為P4、P6、P8、P10、P12等五個(gè)等級，相應(yīng)表示能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0及1.2MPa的靜水壓力而不滲水?？?jié)B等級≥P6的混凝土為抗?jié)B混凝土。（2）抗凍性混凝土的抗凍性是指混凝土在使用環(huán)境中，經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用，能保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力。在寒冷地區(qū)，特別是在接觸水又受凍的環(huán)境條件下，混凝土要求具有較高的抗凍性能?；炷潦軆鋈谧饔闷茐牡脑颍怯捎诨炷羶?nèi)部孔隙水在負(fù)溫下結(jié)冰后體積膨脹造成的靜水壓力和因冰水蒸汽壓的差別推動未凍水向凍結(jié)區(qū)的遷移所造成的滲透壓力，以及凍融過程中混凝土內(nèi)外溫度差帶來的溫度應(yīng)力，當(dāng)所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會產(chǎn)生裂縫，多次凍融使裂縫不斷擴(kuò)展直至破壞。混凝土的抗凍性取決于其抗?jié)B性，與混凝土密實(shí)度、內(nèi)部孔隙的大小與構(gòu)造以及孔隙的充水程度有關(guān)。密實(shí)混凝土或具有閉口孔隙的混凝土具有較好的抗凍性。隨著混凝土齡期增加，混凝土抗凍性能提高。因水泥不斷水化，可凍結(jié)水量減少；水中溶解鹽濃度隨水化深入而增加，冰點(diǎn)也隨齡期而降低，抵抗凍融破壞的能力也隨之增強(qiáng)。所以延長凍結(jié)前的養(yǎng)護(hù)時(shí)間可以提高混凝土的抗凍性。一般在混凝土抗壓強(qiáng)度尚未達(dá)到5.0Mpa或抗折強(qiáng)度未達(dá)到1.0Mpa時(shí)，不得遭受冰凍?；炷恋目箖鲂杂每箖龅燃壉硎尽？箖龅燃壥遣捎寐齼龇ǎ?8d齡期的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件吸水飽和狀態(tài)下，承受反復(fù)凍融循環(huán)，以抗壓強(qiáng)度下降不超過25％，而且質(zhì)量損失不超過5％時(shí)所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來確定?？箖龅燃壏譃镕10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300九個(gè)等級?？箖龅燃墶軫50的混凝土為抗凍混凝土。對高抗凍性混凝土，其抗凍性也可采用快凍法，以相對動彈性模量值不小于60%，而且質(zhì)量損失不超過5％時(shí)所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來表示。提高混凝土抗凍性的最有效方法是摻入引氣劑、減水劑和防凍劑，或使混凝土更密實(shí)。（3）抗侵蝕性環(huán)境介質(zhì)對混凝土的侵蝕(aggressiveness)主要是對水泥石的侵蝕，通常有軟水侵蝕，酸、堿、鹽侵蝕等。海水對混凝土的侵蝕除了對水泥石的侵蝕外，還有反復(fù)干濕的物理作用、鹽分在混凝土內(nèi)的結(jié)晶與凝聚、海浪的沖擊磨損、海水中氯離子對混凝土內(nèi)鋼筋的銹蝕等作用。提高混凝土抗侵蝕性的措施，主要是合理選擇水泥品種、摻入適當(dāng)?shù)膿胶狭?、降低水灰比、提高混凝土的密?shí)度和改善孔結(jié)構(gòu)（4）混凝土的碳化碳化(carbonization)對混凝土性能既有有利的影響，也有不利的影響。碳化可使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高，這是因?yàn)樘蓟磻?yīng)生成的水分有利于水泥的水化作用，而且反應(yīng)形成的碳酸鈣減少了水泥石內(nèi)部的孔隙。同時(shí)，碳化增大了混凝土的收縮；并且由于碳化使混凝土堿度降低，減弱了其對鋼筋的防銹保護(hù)作用，使鋼筋易出現(xiàn)銹蝕?；炷恋奶蓟^程是二氧化碳由表及里向混凝土內(nèi)部逐漸擴(kuò)散的過程，因此，氣體擴(kuò)散規(guī)律決定了碳化速度的快慢。影響混凝土碳化的因素有混凝土自身因素、外部環(huán)境因素和施工質(zhì)量。1）水泥品種和用量混凝土中膠結(jié)料所含能與CO2反應(yīng)的CaO總量越高，則能吸收CO2的量也越大，碳化速度越+慢。膠結(jié)料中的CaO

主要來自熟料，因此，膠結(jié)料中混合材或摻合料越多，碳化越快。2）混凝土的水灰比和強(qiáng)度混凝土的密實(shí)度和孔徑分布是影響混凝土碳化的主要因素?；炷了冶刃?、密實(shí)度大、強(qiáng)度高，混凝土碳化緩慢。水灰比0.5～0.6是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，水灰比大于0.6時(shí)，碳化加快。強(qiáng)度大于50Mpa的混凝土碳化非常緩慢，可不考慮由