混凝土性能及特點

一、混凝土的工作性能

混凝土的性能分為新拌混凝土的性能和硬化混凝土的性能。新拌混凝土是一種將水泥、砂及粗骨料用水拌和而成的尚未凝固的混合物。硬化混凝土的性能主要包括混凝土的抗壓強度、變形性能耐久性等。

（一）和易性

和易性是指新拌水泥混凝土易于各工序施工操作（攪拌、運輸、澆灌、搗實等）并能獲得質量均勻、成型密實的性能，其包含流動性、黏聚性及保水性。和易性也稱混凝土的工作性，它是一項綜合的技術性質，與施工工藝密切相關。

1.流動性

流動性是指新拌混凝土在自重或機械振搗的作用下，能產生流動，并均勻密實地填滿模板的性能。流動性反映出拌和物的稀稠程度。若混凝土拌和物較干稠，則流動性差，難以振搗密實；若拌和物過稀，則流動性好，但容易出現分層離析現象。流動性的主要影響因素是混凝土用水量。

2.黏聚性

黏聚性是指新拌混凝土的組成材料之間有一定的黏聚力，在施工過程中，不致發生分層和離析現象的性能。黏聚性反映混凝土拌和物的均勻性。若混凝土拌和物黏聚性不好，則混凝土中集料與水泥漿容易分離，造成混凝土不均勻，振搗后會出現蜂窩和空洞等現象。黏聚性的主要影響因素是膠砂比。

3.保水性

保水性是指新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工過程中，不致產生嚴重泌水現象的性能。保水性反映混凝土拌和物的穩定性。保水性差的混凝土內部易形成透水通道，影響混凝土的密實性，并降低混凝土的強度和耐久性。保水性的主要影響因素是水泥品種、用量和細度。

新拌混凝土的和易性是流動性、黏聚性和保水性的綜合體現，三者之間既互相聯系，又存在矛盾。因此，在一定施工工藝條件下，新拌混凝土的和易性是以上三方面性質的矛盾統一。

（二）和易性的級別分類

混凝土的坍落度級別與維勃稠度級別見表1-4。

表1-4混凝土的坍落度級別與維勃稠度級別

（三）和易性的測定指標

混凝土拌和物的和易性是一個綜合概念，難以用一種簡單的評定方法來全面恰當地表達，通常采用坍落度實驗測定混凝土拌和物的流動性，再輔以直觀經驗評定黏聚性和保水性。混凝土的流動性用稠度表示，其測定方法有坍落度與坍落擴展法和維勃稠度法兩種。

混凝土坍落度是通過坍落度簡現場測設的。

1.混凝土澆筑時的坍落度要求

混凝土拌和物的流動性的選擇原則，是在滿足施工操作及混凝土成型密實的條件下，盡可能選用較小的坍落度，以節約水泥并獲得較高質量的混凝土。工程中具體選用時，流動性的大小主要取決于構件截面尺寸、鋼筋疏密程度及搗實方法。若構件截面尺寸小、鋼筋密布或采用人工搗實時，應選擇流動性大一些的；反之，選擇流動性小一些的。

混凝土澆筑時坍落度見表1-5。

表1-5混凝土澆筑時坍落度

2.影響混凝土坍落度的因素

（1）水泥漿的數量與稠度。單位體積用水量決定水泥漿的數量和稠度，它是影響混凝土和易性的最主要因素。

（2）砂率，指混凝土中砂的質量占砂，石總質量的百分率。

（3）水泥品種和骨料性質，包括水泥的需水量和泌水性及骨料的性質。

（4）外加劑，可以改善混凝土或砂漿拌和物施工時的和易性。

（5）環境條件，包括時間、溫度、濕度和風速。

3.坍落度的改善措施

（1）當混凝土拌和物坍落度太小時，可保持水灰比不變，適當增加水泥漿的用量；當坍落度太大時，可以保持砂率不變，調整砂石用量。

（2）通過試驗，采用合理砂率。

（3）改善砂石的級配，一般情況下盡可能采用連續級配。

（4）摻加外加劑。采用減水劑、引氣劑、緩凝劑都可以有效地改善混凝土拌和物地和易性。

（5）根據具體環境條件，盡可能縮短新拌混凝土的運輸時間，若不允許，可摻加緩凝劑，減少坍落度損失。

（四）混凝土的強度

1.混凝土強度等級

按照《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010），混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。立方體抗壓強度標準值是指按標準方法制作和養護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度，以f表示。普通混凝土劃分為 14個強度等級：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、 C50、 C55、C60，C65、C70、C75和C80。混凝土強度等級是混凝土結構設計、施工質量控制和工程驗收的重要依據。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同強度等級的混凝土，一般有一定的選用范圍。

2.立方體抗壓強度

《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）規定，將混凝土拌和物制作成邊長為150mm的立方體試件，在標準條件[溫度（20±2）℃，相對濕度 95%以上 ]下，養護到28d齡期，測得的抗壓強度值為混凝土立方體試件抗壓強度（簡稱立方體抗壓強度），以f表示。

3.混凝土的軸心抗壓強度和軸心抗拉強度

混凝土的軸心抗壓強度的測定采用150mm×150mm×300mm棱柱體作為標準試件。軸心抗壓強度設計值以fa表示，軸心抗壓強度標準值以fa表示。

混凝土軸心抗拉強度f可按劈裂抗拉強度f換算得到，換算系數可由試驗確定。混凝土劈裂抗拉強度采用立方體劈裂抗拉試驗來測定，稱為劈裂抗拉強度f。

4.混凝土的彎曲強度

混凝土的彎曲抗拉強度試驗采用150mm×150mm×550mm的梁形試件，按三分點加荷方式加載。由于混凝土是一種非線性材料，因此，混凝土的彎曲抗拉強度大于軸心抗拉強度。

（五）混凝土的變形性能

1.化學變形

混凝土在硬化過程中，由于水泥水化產物的體積小于反應物（水泥與水）的體積，導致混凝土在硬化時產生收縮，稱為化學收縮。混凝土的化學收縮是不可恢復的，收縮量隨混凝土的硬化齡期的延長而增加，一般在40d內逐漸趨向穩定。

2.干濕變形

混凝土在環境中會產生干縮濕脹變形。水泥石內吸附水和毛細孔水蒸發時，會引起凝膠體緊縮和毛細孔負壓，從而使混凝土收縮；當混凝土吸濕時，由于毛細孔負壓減小或消失而產生膨脹。影響混凝土干濕變形有多種因素。

3.溫度變形

對大體積混凝土工程，在凝結硬化初期，由于水泥水化放出的水化熱不易散發而聚集在內部，造成混凝土內外溫差很大，有時可達40~50℃，從而導致混凝土表面開裂。

混凝土在正常使用條件下也會隨溫度的變化而產生熱脹冷縮變形。混凝土的熱膨脹系數與混凝土的組成材料及用量有關，但影響不大。混凝土的熱膨脹系數一般為（0.6~1.3）×10。

4.荷載作用下的變形

（1）混凝土在短期荷載作用下的變形

混凝土是一種非均質材料，屬于彈塑性體。在外力作用下，既產生彈性變形，又產生塑性變形，即混凝土的應力與應變的關系不是直線而是曲線。混凝土的塑性變形是內部微裂紋產生、增多、擴展與匯合等的結果。

（2）混凝土在長期荷載作用下的變形

混凝土在長期不變荷載作用下，沿作用力方向隨時間而產生的塑性變形稱為混凝土的徐變。水灰比較大時，徐變較大；水灰比相同，用水量較大時，徐變較大；骨料級配好，最大粒徑較大，彈性模量較大時，徐變較小。

（六）混凝土的耐久性

1.混凝土耐久性的概念

混凝土的耐久性是指混凝土在使用環境下抵抗各種物理和化學作用破壞的能力。混凝土的耐久性直接影響結構物的安全性和使用性能。耐久性包括抗滲性抗凍性、化學侵蝕和堿骨料反應等。

（1）抗滲性

抗滲性是指混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。抗滲性對混凝土的耐久性有重要作用，因為抗滲性控制著水分滲入的速率，這些水中可能含有侵蝕性的化合物，同時控制混凝土受熱或受凍時水的移動。

（2）抗凍性

混凝土的抗凍性是指混凝土在飽水狀態下，經過多次凍融循環作用保持強度和外觀完整性的能力。在寒冷地區，尤其是在接觸水又受凍的環境下的混凝土，要求其具有較高的抗凍性能。

（3）化學侵蝕

混凝土暴露在有化學物質的環境和介質中，有可能遭受化學侵蝕而破壞。一般的化學侵蝕有水泥漿體組分的浸出、硫酸鹽侵蝕、氯化物侵蝕、碳化等。

（4）堿骨料反應

某些含活性組分的骨料與水泥水化析出的KOH及NaOH相互作用，對混凝土有破壞作用。堿骨料反應有三種類型：堿氧化硅反應、堿碳酸鹽反應和堿硅酸鹽反應。

2.混凝土孔結構對耐久性的影響

A、B兩種混凝土采用相同的水泥、砂、石，A摻用了引氣劑，并降低了水灰比，其抗滲性優于B。混凝土雖有較多氣泡，但這些氣泡是不連通的，截斷了毛細管通道，從而提高了抗滲性，且其減少了水灰比，使其他部分更為致密。可見，改善混凝土孔結構，提高混凝土密實度，可提高混凝土抗滲性。

3.提高混凝土耐久性的措施

（1）選用適當品種的水泥及摻合料。

（2）適當控制混凝土的水灰比及水泥用量。

（3）長期處于潮濕和嚴寒環境中的混凝土，應摻用引氣劑。

（4）選用較好的砂、石、骨料。

（5）摻用加氣劑或減水劑。