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(二)硬化混凝土的性能
1.混凝土的抗压强度
按照国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》GBI[ 50081-2002,混凝土立方体 试件抗压强度(常简称为混凝土抗压强度)是指以边长为150mm的立方体试件,在标准 条件下(温度20t±30C相对湿度>90%或水中)养护至28d龄期,在一定条件下加压 至破坏,以试件单位面积承受的压力作为混凝土的抗压强度,并以此作为根据划分混凝土 的强度等级为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55和C60等 十二个等级。对于非标准尺寸的试件的抗压强度,可采用折算系数折算成标准试件的强度 值。如边长为100mm的立方体试件,折算系数为0.95,边长为200mm的立方体试件, 折算系数为1.050这是因为试件尺寸不同,会影响试件的抗压强度值。试件尺寸愈小, 测得的抗压强度值愈大。
混凝土的抗压强度,在诸强度特性中受到特别重视,常用来作为一般评定混凝土质量的指标。原因在于:抗压强度比其他强度大得多,结构物常以抗压强度为主要参数进行设计;抗压强度与其他强度有较好的相关性,只要获得了抗压强度值,就可推测其他强度特性;抗压强度试验方法比其他强度试验方法简单。
在结构设计中,考虑到受压构件是棱柱体(或圆柱体)而不是立方体,所以采用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际受压情况。由棱柱体试件测得的抗压强度称为棱柱体抗压强度,又称轴心抗压强度。我国目前采用150mm x 150mm x 300mm的 柱体进行棱柱体抗压强度试验,如有必要,也可采用非标准尺寸的棱柱体试件,但其 (h)与宽(α)之比应在2~3的范围内。轴心抗压强度(fcp)比同截面的立方体抗压 度(fcc)要小,一般二者之间的换算关系近似为:
fcp＝0.8fcc
影响混凝土抗压强度的因素有以下几个方面:
(1)水泥强度等级和水灰比
水泥强度等级和水灰比是影响混凝土抗压强度的最主要因素。因为混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料间的粘结力,而水泥石的强度及其与骨料间的粘结力取决于水泥的强度等级和水灰比的大小。在水泥强度等级相同的情况下,强度将随水灰比的增加而降低。但如果水灰比过小,则拌合物过于干硬,在一定的捣实成型条件下,混凝土难以成型密实,从而使强度下降。
另外,在相同水灰比和相同试验条件下,水泥强度等级越高,则水泥石强度越高,从而使用其配制的混凝土强度也越高。
(2)骨料
骨料本身的强度一般都比水泥石的强度高(轻骨料除外) ,所以不直接影响混凝土的强度,但若骨料经风化等作用而强度降低时,则用其配制的混凝土强度也较低;骨料表面粗糙,则与水泥石粘结力较大,故用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土强度较高。
(3)龄期
混凝土在正常养护条件下,其强度将随龄期的增加而增长。
(4)养护
为了获得质量良好的混凝土,混凝土成型后必须进行适当的养护,以保证水泥水化过程的正常进行。养护过程需要控制的参数为温度和湿度。
由于水泥的水化只能在充水的毛细孔内发生,因此,必须创造条件防止水分自毛细管中蒸发而失去。另外,水泥水化过程中,大量自由水要为水泥水化产物结合或吸附,也需不断提供水分,才能使水泥水化正常进行,从而产生更多的水化产物使混凝土密实度增加。
如果湿度不够,则混凝土强度增长受影响。所以为了使混凝土正常硬化,必须在浇筑后一定时间内维持一定的潮湿环境。一般情况下,使用硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥,应在混凝土凝结后(一般在12h以内) ,用草袋等覆盖混凝土表面并浇水,浇水时间不少于7d,使用火山灰水泥和粉煤灰水泥时,应不小于14d,对掺用缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土,不小于14d,在夏季由于蒸发较快更应特别注意浇水。
养护温度对混凝土强度发展也有很大影响。养护温度高,可以增大初期水化速度,混凝土早期强度也高。
2．混凝土的抗拉强度
混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10－1/20,且随着混凝土强度等级的提高,比值有所降低,也就是当混凝士强度等级提高时,抗拉强度的增加不及抗压强度提高的快。 因此,混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。
3．混凝土的变形
（1）化学收缩
由于水泥水化生成物的体积,比反应前物质的体积小,而使混凝土收缩,这种收缩称 为化学收缩。其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加的,大致与时间的对数成正比, 一般在混凝土成型后40多天内增长较快,以后就渐趋稳定。化学收缩是不能恢复的。
（2）干湿变形
混凝土在凝结硬化过程中及其在以后的使用过程中,都可能发生干燥或吸湿,从而导 致混凝土体积不稳定——收缩或膨胀,这类变形归根结底是混凝土中水分变化引起的。混 凝土的干燥收缩与水泥品种,水泥用量和用水量有关。干湿变形可部分恢复。在一般工程 设计中,通常采用混凝土的线收缩值为(5~90) X 10-5,收缩往往会引起混凝土的开裂，在实际工程中应予注意。
由于干缩是混凝土的固有性质，故须由钢筋和伸缩缝加以限制。
（3）温度变形
混凝土与其他材料一样,也具有热胀冷缩的性质。混凝土的温度膨胀系数约为（l0－14）X 10-8 /0C,温度变形对大体积混凝土及大面积混凝 土工程极为不利。
在混凝土硬化初期,水泥水化放出较多的热量,混凝土又是热的不良导体,散热较 慢,因此在大体积混凝土内部的温度较外部高,有时可达50~70°C ,这将使内部混凝土 的体积产生较大的膨胀,而外部混凝土却随气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩互相制 约,在外表混凝土中将产生很大拉应力,严重时使混凝土产生裂缝。因此,对大体积混凝 土工程,必须尽量设法减少混凝土发热量,如采用低热水泥,减少水泥用量,采取人工降 温等措施。一般纵长的钢筋混凝土结构物,应采取每隔一段长度设置伸缩缝以及在结构物 中设置温度钢筋等措施。
（4）在荷载作用下的变形
1）混凝土的弹塑性变形
混凝土在受压时的应力－应变曲线如图10－5－1及图10－5－2
措施以隔离侵蚀介质不与混凝土相接触。
(4)混凝土的碳化
混凝土的碳化是指环境中的CO2与水泥水化产生的Ca(OH)2作用,生成碳酸钙和水，从而使混凝土的碱度降低的现象。碳化对混凝土的物理力学性能有明显作用,会使混凝土出现碳化收缩,强度下降,还使混凝土中的钢筋因失去碱性保护而锈蚀。碳化对混凝土的 性能也有有利的影响。表层混凝土碳化时生成的碳酸钙,可减少水泥石的孔隙,对防止有 害介质的内侵具有一定的缓冲作用。
影响混凝土碳化的因素有: 1)水泥品种:使用普通硅酸盐水泥要比使用早强硅酸盐水泥碳化稍快些,而使用掺混合材的水泥则比普通硅酸盐水泥要快; 2)水灰比:水灰比 越低,碳化速度越慢,而当水灰比固定,则碳化深度随水泥用量提高而减小; 3)环境 件:常置于水中的混凝土,碳化停止,常处于干燥环境的混凝土,碳化也会停止,只有相对湿度在50% -75%时,碳化速度最快。
检查碳化的简易方法是凿下一部分混凝土,除去微粉末,滴以酚酞酒精溶液,碳化 分不会变色,而碱性部分则呈红紫色。
(5)混凝土中的碱骨料反应
当混凝土中使用的骨料含有活性氧化硅时,如果所用水泥的碱(Na2O和K2O)含 较多,则其水解后形成的氢氧化钠和氢氧化钾会与骨料中的活性氧化硅起化学反应,形成复杂的碱一一硅酸凝胶。这些凝胶可以吸水肿胀,甚至会把混凝土胀裂。这种碱性氧化物和骨料中活性氧化硅之间的化学作用通常称为碱骨料反应。当怀疑骨料中含有活性氧化硅时,应进行专门试验,以检验其碱骨料反应。目前检查碱骨料最常用的方法是长度法，即:采用含活性氧化硅的骨料与高碱水泥配制成1: 2.25的胶砂试块,在恒温、恒湿条件下养护,定期测定试块的膨胀值,直到龄期6个月。如果在3个月时,试块的膨胀率超 0.05%或6个月时超过0.1 %,这种骨料就被认为是具有活性的。
当骨料被认为有潜在危害时,可采用碱含量小于0.6%的水泥或采用能抑制碱骨料反应的掺合料等措施。
例：
1．混凝土粗骨料的质量要求包括（D）。
① 最大粒径和级配； ② 颗粒形状和表面特征； ③ 有害杂质； ④ 强度； ⑤ 耐久性
A ． ① ③ ④
B ． ② ③ ④ ⑤
C ． ① ② ④ ⑤
D ． ① ② ③ ④
2．用高强度等级水泥配制低强度混凝土时，为保证工程的技术经济要求，应采用（A）措施。
A ．掺混合材料
B ．减少砂率
C ．增大粗骨料粒径
D ．增加砂率
3．海水不得用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土，主要是因为海水中含有大量盐，（B）
A ．会使混凝土腐蚀
B ．会促使钢筋被腐蚀
C ．会导致水泥凝结缓慢
D ．会导致水泥快速凝结
4．混凝土的（B）会导致混凝土产生分层和离析现象。
A ．强度偏低
B ．黏聚性不良
C ．流动性偏小
D ．保水性差
5.细度模数相同的两种砂子，它们的级配：C
A 一定相同
B 一定不同
C 可能相同，也可能不同
D 还需考虑表观密度等因素才能确定
6．下列关于砂浆流动性、保水性的论述，正确的是（B）。
A ．砂浆流动性以分层度表示，分层度大表示砂浆流动性好
B ．砂浆流动性以沉人度表示，沉入度大表示砂浆流动性好
C ．砂浆保水性以分层度表示，分层度大表示砂浆保水性好
D ．砂浆保水性以沉人度表示，沉入度大表示砂浆保水性好
7.骨料所有空隙充满水，但表面没有水模，成为（D）
A 气干状态；
B 绝干状态；
C 潮湿状态；
D 饱和面干状态
8.混凝土强度形成受到其养护条件的影响，主要是指（A）
A 环境温湿度；
B 搅拌时间；
C 试件大小
D 水灰比
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