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浅析影响混凝土强度的几个主要因素
本钢建设公司混凝土分公司 梅晓东

[摘 要]：混凝土强度的控制对保证工程质量有着重要的作用。影响混凝土强度的因素颇多，本文主要从用水量、砂率、原材料等方面分析其对强度的影响，以便科学、合理的控制混凝土工程质量。
[关键词]：混凝土强度 用水量 砂率 原材料

混凝土作为目前使用最广泛的结构材料之一，它的质量直接关系到工程的质量、使用寿命以及人民的生命、财产的安全。我国正处于基础设施建设的高峰期，如果在生产过程中对混凝土质量不够重视，将会导致沉重的代价。混凝土生产供应是一个连续过程，供应到现场的混凝土又是一种半成品，不能够马上由后续检验工作完全证实是否合格，而就要被立即浇筑使用的产品。生产过程中众多方面的影响因素均会使生产出的混凝土质量产生变异。为了切实、有效地改善试验配合比、提高混凝土强度质量，笔者对一些影响因素进行分析、研究，以供参考。
1、用水量对混凝土强度的影响
在完全密实的情况下，普通混凝土的强度主要取决于其内部起胶结作用的水泥石质量，而水泥石的质量又取决于所采用的水泥特性和水灰比。
当水泥用量一定时，用水量小则水灰比小。水灰比过小会使混凝土干涩，成型质量难以保证，混凝土成品中会出现孔洞（蜂窝）较多，麻面等现象。这不但影响美观，还会降低混凝土的密实度和强度，使工程的耐久性变差。
在生产中，假设混凝土试验室配合比为：
水泥：砂：石子：水=1：1.51：2.83：0.46
现场测定砂的含水率为3%，则每机一次下料量为：
水泥：100kg 砂：100×1.51×（1＋3%）=155.5kg
石子：283kg 水：100×0.46－100×1.51×3%=41.5kg
如果此水泥的实际强度为47MPa，粗骨料采用碎石（表面特征新系数A=0.46，B=0.52），按此配合比配制的混凝土其28天可达到的强度R为：
R=A·fce·（C/W－B）=0.46×47×〔100/（100×0.46）－0.52〕=35.8MPa
情形一：若因误差而多加1kg的水，则水灰比（W/C）' 为
（W/C）'=（100×0.46＋1）/100=0.47
这样配制的混凝土28天可达到的强度R'为：
R'=0.46×47×〔100/（100×0.47）－0.52〕=34.8MPa
由于多加1kg水而引起的强度损失为：
R－R'=35.8－34.8=1MPa
由此可见，用水量的变化对混凝土强度的影响是很大的，因此出场的混凝土必须制止随意加水。
情形二：若在施工中遇到下雨，雨后测得砂含水率为7%，石子含水率为3%，此时每机一次下料应为：
水泥：100kg
石子：100×2.83×（1＋3%）=291.49kg
砂：100×1.51×（1＋7%）=161.57kg
水：100×0.46－100×1.51×7%－100×2.83×3%=26.94kg
按此配合比显然是科学的，保证了水灰比为0.46，混凝土28天强度可达到设计要求（仍为35.8MPa）。
如果不对施工混凝土作上述调整，而仍按下雨前用量配置混凝土，则等于多加水（41.5－26.94）=14.56kg，此时水灰比（W/C）'' 为：
（W/C）'' =（100×0.46＋14.56）/100=0.61
这样配置的混凝土28天可达到的强度R''为：
R'' =0.46×47×（1/0.61-0.52）=24.2MPa
由此引起的强度损失为：
R－R'' =35.8－24.2=11.6MPa
强度损失率为：11.6/35.8=32.4%
因此，雨后及时测定骨料的含水率，对混凝土的施工配合比进行相应的调整，对保证混凝土质量有着十分重要的意义。
综上所述，用水量的变化将直接影响到混凝土的强度和耐久性，为确保混凝土成品的质量，在保证混凝土流动性的前提下，必须严格控制施工现场的用水量。

2 砂率对混凝土强度的影响

试验表明要获得一个工作性良好的混凝土拌合物，在配合比设计时必须使砂浆能够包裹于粗骨料的表面，并能充满粗骨料之间的空隙，同时还应有一定的砂浆富余。
对同一配合比采用不同水灰比和不同砂率进行了实验，分别检测3天7天28天强度，并绘图进行比较如下：

图中可看出：同一水灰比时，随着砂率的增加混凝土各
龄期强度有减小趋势，也就是说，在相同水泥用量的条件下，
砂率增大，在骨料表面的水泥浆量就相对变得少了，使骨料
之间的胶结力下降，此时的混凝土拌合物和易性也较差，造
成混凝土的强度降低。
对图1、图2、图3综合分析，结果表明：
2.1 砂率与混凝土的抗压强度之间并不是一个简单的线性
关系；
2.2 随着水灰比的减小，砂率对强度的影响更为明显；
2.3 一定水灰比条件下，砂率对抗压强度的影响较小，尤其
在水灰比为0.6时，砂率对抗压强度的关系曲线近乎为一条直
线。
对于普通混凝土，选择砂率的原则是：在满足和易性要求的前提下，尽量选择较小的砂率，这样既可节约水泥用量，又可获得设计要求的和易性。由于普通混凝土强度不是很高，我们可以通过合理确定水灰比、选择强度较高的粗骨料、合理选择水泥的强度等级等，来保证混凝土中的水泥石和粗骨料不首先破坏。由于水泥砂浆有足够的强度，这时砂率的大小对水泥砂浆的强度影响很小。
对于高强及高性能混凝土则不同，由于要满足的混凝土强度值很高，而水泥的强度等级最高为62.5，此时为了提高水泥石的强度，除采用较低的水灰比、较高的水泥强度等级、高效减水剂外，还要提高水泥砂浆的密实度，以此提高水泥石的强度，提高水泥石与骨料的界面强度，从而提高混凝土的强度。

3 原材料对混凝土强度的影响
混凝土的主要原材料有水泥、粗细骨料、外加剂等，它们对混凝土强度有着重要的影响。
3.1 水泥
水泥是影响混凝土耐久性的重要因素，合理选择水泥品种、强度等级和用量是提高混凝土耐久性的关键。水泥品种的选择应根据工程性质和特点、工程所处的环境及施工条件来确定。水泥强度等级应与混凝土的设计强度等级相符，原则上用高强度等级水泥配制高强度混凝土，用低强度等级水泥配低强度混凝土，这样可以保证混凝土的强度、工作性和体积稳定性达到最佳均衡。组成水泥的熟料中C3S、C3A过高，水泥中SO3量、碱含量的增大及水泥细度大幅增加均对混凝土的强度及耐久性不利。
3.2 粗细骨料
骨料在混凝土中所占的体积很大，因此骨料的性能对混凝土的耐久性影响很大，主要表现在以下几方面：
3.2.1 骨料中的有害杂质：云母、枯土、淤泥等有害杂质黏附在骨料的表面，影响水泥石与骨料的粘结力，降低混凝土的强度。
3.2.2 骨料的体积安定性：在干湿交替或冻融循环作用下，由页岩、石灰岩制成的骨料往往表现出体积稳定性差，易发生体积变形等，破坏混凝土内部结构，降低了混凝土的强度及耐久性。
3.2.3 粗骨料的颗粒开关及表面特征：碎石具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好；卵石多为圆形，表面光滑，所拌制的混凝土流动性较好。相同条件下，碎石混凝土比卵石混凝土强度高10%左右。粗骨料中的针片状颗粒受力容易折断，降低混凝土强度，而且会增大骨料的空隙，降低混凝土的耐久性。
3.2.4 骨料颗粒级配：骨料级配的好坏与混凝土是否具有良好的和易性、密实性有很大的关系，好的级配可以减少混凝土的需水量、空隙率，提高混凝土的耐久性。
3.2.5 粗骨料的强度：为保证混凝土的强度要求，粗骨料必须质地致密、具有足够的强度，尤其要配制高强混凝土时，要避免混凝土受压时粗骨料首先被压碎，导致混凝土强度降低，影响其耐久性。
3.2.6 粗骨料的吸水率：一般说来骨料的吸水率越大，坚固性就越差，吸水率小的骨料在水冻结时本身不会破坏，而吸水率大的骨料，在冻结时本身往往发生膨胀破坏，会降低混凝土的耐久性。
3.3 外加剂
混凝土外加剂，是指在混凝土拌和过程中掺入的、用于改善混凝土性能的物质。随着混凝土工程技术的发展，对混凝土性能提出了许多新的要求，如泵送混凝土要求高的流动性，冬季施工要求高的早期强度，高层建筑、海洋结构要求高强、高耐久性等。这些性能的实现，需要应用高性能外加剂。由于外加剂对混凝土技术性能的改善，它在工程中的应用范围越来越广，不少国家使用掺外加剂的混凝土已占混凝土总量的60%～90%。但外加剂使用不当，会对混凝土的强度和耐久性产生不利影响，这主要表现在：一是外加剂本身的质量达不到标准，没起到应有的作用；二是外加剂的使用，没有根据需改进的混凝土的特性进行选择，盲日使用，甚至使用对结构内的钢筋等有严重腐蚀或含有与水泥水化物作用的物质，从而降低了混凝土的强度，影响结构安全。
综上所述，组成混凝土的任何一种材料的质量都会对强度产生一定的影响，因此必须根据混凝土的结构特征和所处的环境对原材料进行科学合理的选择。

4 结语
影响混凝土强度的因素是十分复杂的，以上仅是对影响混凝土强度的几个主要因素进行的简要分析。在施工现场遇到问题时，应从多方面分析原因，除考虑用水量、砂率及原材料等因素外，还应注意振捣情况、养护条件、拆模时间等，对混凝土的生产过程及施工过程中的各个环节进行分析，这样才能正确的处理问题，保证混凝土的强度质量。
上述分析研究在保证混凝土强度、提高结构耐久性等方面有着重要的作用，但同时也存在着一定的局限性，需要在进一步的研究中逐步完善，以期为工程实践提供更多更好的解决方法。