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第3章 混凝土性能(2)

钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15;当采用HRB335级钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C20;当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件,混凝土强度级不得低于C20;预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30;当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C40;当采用山砂混凝土及高炉矿渣混凝土时,应符合专门标准的规定。

(2)混凝土轴心抗压强度

混凝土的抗压强度与试件尺寸和形状有关。在实际工程中,一般的受压构件不是立方体而是棱柱体,国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》GBJ81—85规定混凝土的轴心抗压强度试验以150毫米伊150毫米伊300毫米的试件为标准试件。试验表明棱柱体试件的抗压强度较立方体试件的抗压强度低。

(3)混凝土轴心抗拉强度

混凝土的轴心抗拉强度比轴心抗压强度低得多,它与同龄期混凝土抗压强度的比值大约在1/18—1/8,其比值随着混凝土强度的增大而减小。在实际工程中,为提高混凝土的抗裂性能,防止和减少混凝土的裂缝,尽可能提高混凝土的抗拉强度是一个有效的方法。

混凝土抗拉强度的试验方法主要有三种:直接轴向拉伸试验、弯折试验和劈裂试验。

2.耐久性

混凝土的耐久性是一种与时间有关的性能,通俗地讲,就是混凝土能够使用多久的性能,是混凝土的各种性能在使用中的综合体现,通常把混凝土耐久性分成若干个指标来考察。

(1)抗渗性

混凝土抵抗压力水渗透的性质称为混凝土的抗渗性。抗渗性对于地下建筑物及水工建筑物是一很重要的性质,因为这样的建筑物或构筑物经常受到水压的作用。如果这类混凝土结构抗渗性不好,久而久之,水分渗入到混凝土的内部,水泥石中某些可溶于水的水泥水化物就会分解,产生溶出性腐蚀,最终造成混凝土漏水,甚至发生破坏。

(2)抗冻性

由于户外结构的混凝土受气候变化影响较大,混凝土的抗冻性在混凝土的耐久性能中具重要地位。混凝土内部毛细孔率大小、孔的结构和形态以及孔内的充水程度都直接影响着混凝土的抗冻性。在施工中,通过在拌制混凝土时掺加外加剂改善混凝土内部毛细孔结构,加强混凝土振捣密实程度,可以有效地提高混凝土抗冻性。

(3)抗化学腐蚀性

混凝土中易发生化学腐蚀的成分是水泥石。骨料与水泥石相比,惰性大,很难发生化学反应。因此,混凝土的化学腐蚀实质上就是水泥石的化学腐蚀。水泥石受到腐蚀性气体或液体作用,生成新的化合物,这些化合物的强度较低,或无胶能力,或易溶于水,因此使水泥石强度降低,或水泥石结构遭到破坏。

为了提高抗腐蚀性,可采用下列防范措施:

根据腐蚀环境特点,合理选用水泥品种。

于掺入活性混合材料,可提高硅酸盐水泥对多种介质的抗腐蚀性。

改善混凝土施工工艺,提高水泥石的紧密性。

在混凝土表面加做耐腐蚀性强的保护层。

混凝土耐久性还包括耐火性、碳化作用、碱鄄骨料反应作用等。

(4)《混凝土结构设计规范》GB50010—2002中的耐久性规定

混凝土结构的耐久性与其环境类别和设计年限有关。

于一类、二类和三类环境中,设计使用年限为50年的结构混凝土耐久性的基本要求的规定。

(四)技术特性

1.和易性

(1)定义

和易性是指混凝土拌和物能保持混凝土成分均匀、不致发生离析现象、易于施工操作(拌和、运输、浇灌、捣实)的性能。它是一项综合的技术性质,包括流动性、可塑性、粘聚性和保水性等几个方面。

(2)和易性的指标

目前,尚没有能够全面反映混凝土拌和物和易性的测定方法。在工地和实验室,通常是测定拌和物的坍落度并辅以直接经验,观察评定混凝土拌和物在施工过程中其组成材料之间的粘聚力和保水能力。

坍落度的测定方法是:将混凝土拌和物按规定方法装入标准圆锥坍落度筒(无底)内,装满刮平后,垂直向上将筒提起,移到一旁。混凝土拌和物由于自重将会产生坍落现象。

然后量出向下坍落的尺寸(厘米),就叫做坍落度,它作为和易性的主要指标。坍落度愈大表示混凝土流动性愈大。

根据坍落度不同,可将混凝土拌和物分为大流动性的(坍落度大于10厘米)、流动性的(坍落度为5—8厘米)、低流动性的(坍落度为1—3厘米)、干硬性的(坍落度为0)。

选择混凝土拌和物的坍落度,要根据构件截面大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。当构件截面尺寸较小或钢筋较密,或采用人工振捣时,坍落度可选择大些。反之,如构件截面尺寸较大,或钢筋较疏,或采用振动器振捣时,坍落度可选择小些。混凝土灌筑时的坍落度宜按表1.3选用。

此外,当施工工艺采用混凝土泵输送混凝土拌和物时,则要求混凝土拌和物具有高流动性,其坍落度通常在10—20厘米。

(3)影响和易性的主要因素

水泥浆的数量。在一定范围内,水泥浆量愈多,混凝土拌和物的流动性愈大;但浆量过多,不仅流动性无明显增大,反而加大泌水性,降低粘聚性。因此,拌和物中水泥浆数量应以满足流动性要求为度,不宜过量。

于水灰比。水灰比不同,水泥浆稀稠程度也不同。在一般水泥浆量不变的条件下,增大水灰比,水泥浆变稀,会使流动性加大;但如果水灰比过大,将导致水泥浆粘聚力明显降低,保水能力变差,从而发生泌水现象。而且,水灰比过大,将严重影响硬化混凝土的强度和耐久性等主要性能。

砂率。砂率是指砂的用量占砂、石总用量的质量百分率。在一定的水泥浆量条件下,如砂率过大,则砂石总表面积及空隙率增大,混凝土拌和物就显得干稠,流动性小;如砂率过小,砂浆量不足,不能在石子周围形成足够的砂浆层,也会降低混凝土拌和物的流动性,容易造成离析、流浆等现象。因此,砂率存在一最佳值,这一最佳值可通过实验确定。此外,水泥种类和细度、砂子的细度、石子的种类及其粒形、级配以及外加剂等,都对拌和物的和易性有所影响。

改善或调整拌和物的和易性,通常可采用最佳砂率,改善砂、石级配,适当增加或减少水泥浆用量或掺加合适外加剂等措施来实现。

2.离析和泌水

(1)离析

混凝土拌和物的均匀性一旦受到破坏,就会产生混凝土各组成材料之间分离现象,称之为离析。砂石骨料颗粒的粗细和比重的不一致是引起离析的主要原因。离析是难以完全避免的,在施工中应通过采用适当的配合比和合理的操作工艺,尽可能做到减少离析。混凝土拌和物的离析可分为两大类。一类是粗细骨料与砂浆的离析,由于两者的密度不同,粗细骨料的粒径过于悬殊,都可造成石子与砂浆的分离。另一类是水泥浆与粗细骨料之间的离析,表现为水泥浆从拌和物之中流出,这主要出现在流动性较大的混凝土中,致使混凝土浇筑后会出现跑浆、蜂窝、麻面等情况。

(2)泌水

混凝土拌和物浇筑后,由于骨料和水泥浆下沉,水分上升,在已浇筑构件表面析出水分的现象称为泌水。混凝土泌水的结果是使混凝土硬化后表面酥软,表面混凝土强度低于内部的混凝土强度。这是由于表面水泥浆含水量过大,水蒸发后微孔过多所形成的。在混凝土采用分层施工浇筑工艺时,必须清除这些泌水面层,以免影响上下层混凝土之间的粘结力。此外,对于需要在混凝土表面抹砂浆的结构,因基层表面强度低,易产生空鼓,施工时应引起足够重视。

3.混凝土的变形性能

(1)化学收缩

由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小,而使混凝土收缩的现象称为化学收缩。其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加的,一般在混凝土成型后40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

干湿变形取决于周围环境的湿度变化。混凝土“干缩冶的原因是由于混凝土内部吸附水分蒸发而引起胶体失水产生收缩,以及游离水分蒸发而使混凝土系统内的颗粒受到毛细管压力作用而发生的体积收缩。这种收缩是可以恢复的,即重新吸水又产生膨胀。当混凝土在水中硬化时,体积不变,甚至轻微膨胀。

(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0.00001,即温度升高1益,每米膨胀0.01毫米。温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利。

(4)受力变形

混凝土在长期荷载作用下,沿着作用力方向的塑性变形会随时间延长不断增长,即荷载不变而变形仍随时间增大,一般要延续2—3年才逐渐趋于稳定。这种在长期荷载作用下产生的塑性变形,通常称为徐变。混凝土徐变和许多因素有关。混凝土的水灰比较小或混凝土在水中养护时,同龄期的水泥石中未填满的孔隙较少,故徐变较小。水灰比相同的混凝土,其水泥用量愈多,即水泥石相对含量愈大,其徐变愈大。此外,徐变与混凝土的弹性模量也有密切关系,一般弹性模量大的,徐变较小。

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