水泥与混凝土 广东建材２０１０年第６期 影响混凝土强度的原因浅析 谷芳１吴善才２ （１中山市建设工程质量检测中心；２广州市建筑材料及构件评测重点实验室） （３广州市建筑材料工业研究所有限公司） 进行分析，针对出现的原因进行评述、分析。 ‘ 摘 要：根据目前在建设工程中混凝土试件强度偏低的情况，对混凝土水灰比、原材料、施工操作等 关键词：水灰比；水泥；矿物掺合料；混凝土；强度 混凝土是由水泥、砂、石骨料、水及其它一些外加材 出，在配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高， 料按一定比例均匀拌和，经一定时间硬化而形成的一种 配制成的混凝土抗压强度也会越高。而当所用的水泥强 人造石材，在建筑行业术语称之为砼。在混凝土中，起骨 度等级、用量相同时，混凝土的抗压强度则取决于水灰 架作用的砂石称为细或粗骨料，水泥、掺合材等胶凝材 比。根据水泥的水化化学反应式知道，水泥水化时所需 料与水形成水泥浆体，水泥浆体在整个体系中则包裹骨 的结合水，一般占水泥重量的２０％￣２５％。而普通混凝土 料表面并填充其问的空隙位置，在硬化前，水泥浆起润 的水灰比通常在０．５～Ｏ．７（约占水泥重量的５０％～７０％） 滑作用，赋予拌和物一定的和易性，便于施工；水泥浆硬 之间，因此混凝土水化硬化后，多余的水分就会残留在 化后，则将骨料胶结成一个坚实的整体体系。 混凝土中，水分蒸发后形成细小气孔的孔隙，造成了混 混凝土强度的高低，直接影响到建筑物结构安全、 凝土结构得不到充分的密实，从而减少了混凝土抵抗荷 建筑的使用寿命，情况严重的将造成建筑物倒塌，直接 载的实际有效断面，形成的硬化混凝土强度就不会很 危害到人们的生命安全。在近几年的建筑质量事故中， 有很多与混凝土强度或多或少存在着一定关系，如青海 玉树地震中部分房屋的倒塌，吉林延吉大楼、汉城市三 丰百货大楼的倒塌等等。那么到底影响混凝土强度的原 因有哪些呢？造成混凝土强度偏差的原因大致有以下几 个方面： 高。因此，在水泥强度等级相同的情况下，混凝土的水灰 比愈小，其内部的结构孔隙就会相对较少，结构较为密 实，水泥石的强度就愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土的 强度就愈高。但是如果加水过少，混凝土的拌和物过于 干硬，在一定的捣实成型条件下，无法保证浇灌振实质 量，混凝土内部结构中将会出现较多的蜂窝孔洞，混凝 土强度也将相应的下降。 １水灰比 建筑行业工程技术人员都知道，混凝土强度主要取 决于水泥强度与水灰比。水泥品种及强度等级均相同的 ２水泥的影响性因素 水泥的强度越高，在相同水泥用量情况下，配制的 混凝土强度也会越高。研究表明，强度等级越高的水泥 情况下，混凝土的强度取决于ｗ／ｃ。 从鲍罗米强度公式：ｆｃｕ．Ｏ＝Ａ・ｆｃｅ（Ｃ／Ｗ—Ｂ）可以看 越易获得更高的强度，但其强度增长不与水泥抗压强度 质量不尽人意。应当制定修补方案、修补工艺，明确什么 【参考文献】 样的缺陷可修，修补前要经过监理同意，不得随意修补， 修补后要进行质量检验。 ［１］陈铭，魏星，童金槽，组合箱梁外观质量问题产生的原因及控 制措施［Ｊ］．公路交通技术，２００９，（３） ［２］靳建江，预制箱梁质量控制［Ｊ］．商品混凝土，２００８，（３） ［３］倪家明，预制箱梁外观质量缺陷与防治［Ｊ］．科技资讯，２００９， （１Ｏ） ６结倍 影响混凝土箱梁外观质量的因素很多，本文仅就中 ４］陈凯，后张法预应力混凝土预制箱梁外观质量的控制［Ｊ］．山 交集团哈大客运专线制梁场的混凝土箱梁外观质量的 ［３３） 共性问题进行了原因分析并提出了一些控制措施。希望 西建筑，２００７，（［５］齐红军，现场预制梁高强耐久性混凝土外观质量控制［Ｊ］．交 通标准化，２００９，（２１） 随着预制混凝土箱梁施工工艺的不断发展革新，混凝士 箱梁的外观质量能上一个新的台阶。● 一４４一 广东建材２０１０年第６期 水泥与混凝土 的增长成正比，当水泥的强度等级过高于混凝土设计强 的水淬废渣研磨而得一种材料，其主要化学成分为 ０。和ＣａＯ，与水泥成分接近，超细粉磨后具有超 度等级时，水泥用量小，拌合物松散，粘性差；反之过低 ＳｉＯ 、Ａ１ｕ ｍ的超细矿渣取代 时，水泥用量过多，混凝土拌合物粘聚力大，成团，不便 高活性。研究表明，以粒径小于５ 浇注，不经济，且过大的水泥用量也可能引起混凝土在 １０％￣２０％的水泥，可使水泥强度提高１２％￣２３％，标准稠 度用水量降低０．０１４左右，适宜配制坍落度达２０ｃｍ、２８ 水化初期出现塑性裂缝以及收缩量的增加。 水泥强度可分为早期强度（Ｃ。Ｓ）及后期强度（Ｃ Ｓ）， 天抗压强度达ｌＯＯＭＰａ的大流动性超高强混凝土；同时 这也是影响和贯穿于混凝土使用过程中的两个重要参 还能显著改善抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性能。作为水泥 数。用Ｃ Ｓ含量高的水泥配制混凝土，其早期强度增长 混合材掺加１０％￣－－２０％，可使水泥标号提高一个等级。此 快，但后期却可能以较低的强度而告终。因而不能片面 追求早期强度而不顾及后期强度的发展，因为混凝土结 构不是使用一两天就不用了。水泥细度对混凝土强度的 影响也很大。随着细度增加，比表面积加大，水泥的水化 速率增大，从而使得混凝土强度有着较大增长率。但应 避免细磨粉的含量。因为当颗粒很细时，间隙水可引起 一些高ｗ／ｃ区域。另外，研究表明，直径大于６０ｐｍ的颗 粒对强度是没什么贡献的。因而应注意水泥质量的波动 对混凝土强度的影响。水泥厂家同一品种同一标号的水 泥，也不可避免地会在质量上有所波动。水泥质量的波 动，毫无疑问会在混凝土强度上反映出来。此外水泥保 管条件差，或贮存时间过长，水泥结块，这也会对强度造 成很大的影响。因此，水泥本身质量的稳定性及其贮存 状况对混凝土强度影响也是很大的。 ３掺合材性能 随着社会的发展及科学技术的进步，大量的固体废 弃物被利用到混凝土的生产配制中，其中目前使用最广 泛、用量最大的就是粉煤灰和矿渣微（细）粉。矿粉、粉煤 灰等细掺合料能很好地填充在水泥凝结和硬化过程中 形成的空隙，改善混凝土内部微孔结构，改善水泥石与 骨料之间的界面结构，使混凝土更加密实。细掺合料在 氢氧化钙的激发下具有一定的活性，能与水泥水化产物 薄弱结晶氢氧化钙起反应，生成水化硅酸钙，并能使水 泥水化产物氢氧化钙的结晶变得细小，从根本上改善混 凝土的微观结构性能与骨料界面性能，使混凝土的强度 和耐久性得到显著的提高。 粉煤灰在混凝土的利用，主要产生三种效应：火山 灰活性效应，形态效应，微集料效应。粉煤灰作为一种活 性材料，其主要成分为ＳｉＯ 、Ａ１。０。和Ｆｅ ０。，与水拌合后， 本身不硬化，而是与气硬性（氢氧化钙）相拌合，不仅在 空气中硬化，而且有水继续硬化，由于矿物颗粒比较细， 具有填充效应和流化效应，故而可以增加强度。大量的 工程实践证明，粉煤灰在提高混凝土强度的同时，也使 得混凝土的早期强度偏低，比较常见的就是２８ｄ强度达 不到设计要求。 而另外一种掺合料矿渣微粉则是将炼铁高炉排出 掺合方法对硅酸盐水泥、矿渣水泥、普通水泥均有良好 的适应性。其作用机理是活性ＳｉＯ。、Ａ１。０。与水泥中ｃ。ｓ 和Ｃ。Ｓ水化产生的Ｃａ（ＯＨ）。反应，进一步形成水化硅酸 钙产物，填充于水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高水泥 混凝土的致密度，同时将强度较低的Ｃａ（０Ｈ） 晶体转化 成强度较高的水化硅酸钙凝胶，从而使混凝土的系列性 能得到显著改善。 矿物掺合料的种类、品质和取代数量等都会对混凝 土的抗压强度产生显著影响。如粉煤灰对混凝土强度的 影响因素就是多方面的，从粉煤灰自身的性质来看，包 括粉煤灰的化学组成、细度、粒径分布、烧失量、在水泥 基材中的掺量、需水量比、对水泥的适应性等。所以在配 制混凝土时，要通过试验确定其适应性及适当的掺加比 例，切忌肓目掺加。 ４集料的性能 粗骨料对混凝土强度也有一定的影响。骨料强度高 时，裂纹扩展至骨料时绕界面而过，混凝土强度高。而当 应用不同强度的石质配置混凝土时，石质本身强度的高 低也决定了混凝土强度的高低。当石质强度相等时，所 配制混凝土的强度取决于骨料的表面粗糙度。如：碎石 表面比卵石表面粗糙，它与水泥砂浆的粘结力比卵石 大；在水灰比相等或配合比相同时，两种材料配制的混 凝土，碎石的混凝土强度比卵石强。此外，碎石的石粉含 量（或者说含泥量）也会使得混凝土的粘结能力降低，混 凝土强度偏小。一般混凝土的粗骨料控制在３．２ｃｍ左 右。 砂的质量对混凝土的强度也有一定的影响。如果砂 的含泥量大，含有一定量的有害杂质，会影响骨料的粘 结，进而降低混凝土的强度。硫酸盐和硫化物对水泥有 腐蚀作用，它与水泥的水化物反应生成钙矾石，使水泥 石体积膨胀。除了降低混凝土的强度，它还降低混凝土 的抗冻性能。当骨料含有较多的软弱颗粒或杂质时，也 会使混凝土强度下降。混凝土中骨料的用量与水泥之问 的比例关系，也直接影响混凝土的强度，尤其对于水泥 用量比较大的高强混凝土。因此，通常在施工中使用清 水砂。 ——４５—— 水泥与混凝土 广东建材２０１０年第６期 有些搅拌站按混凝土强度等级套用相应成熟的配 随着混凝土商品化进程的加快，为了能够节约资 比设计，而不了解对应工程的具体要求、施工季节、天气 源、提高混凝土的强度以及控制材料成本，商品混凝土 温度变化、运输路程长短、泵送高度以及原材料变化等 中基本上均需加入化学添加剂，化学添加剂对混凝土强 因素，使生产应用的配比设计失去针对性，最终导致施 度造成影响主要是由引气组分带来的。由于混凝土中添 工过程中出现各种不匹配现象。之外还有计量不准造成的，计量不准主要有：（１）有 加入减水剂后，水泥的用量有所减少，添加少量的引气 组分可以获得较好的混凝土和易性、流动性（施工性 些搅拌站的计量设备未按规定检定（校准），或者未按规 能）；另一方面，由于引气的作用，混凝土内部气泡会有 定进行不定期校验，造成计量的不准确。尤其是水、水 增加，密实度相对降低，混凝土强度会出现少量的降低。 泥、外加剂和掺和料的不准确，对混凝土的强度影响较 ５化学添加剂的影响 但如果引气剂过量掺入，就会导致混凝土强度大幅降 低。此外由于商品混凝土需要一定的运输路程，为了使 混凝土到达工地时保持施工性能，需要掺加缓凝剂保持 混凝土的塑性，同时也会增加混凝土的凝结时间，由于 延迟水泥的水化作用，水泥的硬化时间会相对延长，早 期强度也会有所偏低，但不会影响后期强度。值得注意 的是，有些缓凝组分超掺后，会使混凝土的凝结时间过 长，强度也会受到较大影响，例如掺入早强剂可提高混 凝土早期强度，但对其后期强度发展无明显作用。如蔗 糖作为缓凝剂，掺加过量时就会影响到混凝土的强度 （见表１）。 表１蔗糖对混凝土强度的影响（配制的Ｃ３５混凝土） 掺量／％ ３ｄ强度 ７ｄ强度 ２８ｄ强度 ５６ｄ强度 ／ＭＰａ ／ＭＰａ ／ＭＰａ ／ＭＰａ ０ ２Ｏ．８ ３１．２ ３９．８ ４５．２ Ｏ．Ｏ５ ２１．２ ３Ｏ．８ ４０．５ ４６．８ Ｏ．１Ｏ ２１．Ｏ ３１．３ ４２．６ ４７．１ ０．３Ｏ ２１＿３ ３５．７ ４８．３ ５Ｏ．９ Ｏ．５Ｏ ２０．５ ３８．６ ４８．８ ５Ｏ．６ １．Ｏ １１．９ ２５．９ ３Ｏ．２ ３１＿３ 根据资料文献记载，目前研究人员对于缓凝剂的缓 凝机理理论分析有以下几种，它们分别是吸附理论、生 成络盐理论、沉淀理论和控制ＣＨ（ＯＨ） 结晶生长理论。 不过由于缓凝剂种类繁多，其作用机理又各有不同，故 至今尚未建立…套较为完善的理论体系。混凝土中掺加 的缓凝剂过量时，缓凝剂与水泥作用时发生的超时缓凝 在作用机理上与一般掺量缓凝剂的缓凝作用机理无本 质区别，只是由于缓凝剂的掺量过高，导致了新拌的混 凝土液相中缓凝剂的剩余含量偏高。无论是吸附理论、 沉淀理论，还是控制ＣＨ（ＯＨ）。结晶生长理论都认为，这 时水泥水化就需要克服一个很大的水化反应能壁垒，需 要一个比较长的时间，甚至是无法进行水化反应，致使 凝结硬化最终无法完成，从而产生不凝现象。这就直接 引发混凝土强度降低或是零强度的质量问题。 ６生产过程的控制 ——４６ 大；（２）不按站内实际情况及时调整配比。如雨雪天气条 件下，粗细骨料含水率变化很大，需要随时调整骨料用 量和水量。而有些搅拌站对骨料含水率的测定不及时， 或不测定而利用估算值，这些都会造成执行配比不准的 现象，也是造成混凝土施工性能及强度不稳定的原因。 ７施工过程及养护情况 施工造成的原因大致有以下几种：（１）在现场泵送 时，为便于施工随意加水，人为改变混凝土的配比，这是 造成混凝土强度偏低的原因。（２）浇筑时水泥浆漏失严 重。（３）振捣不实：在进行混凝土浇筑后，施工工人的振捣 不足或是过振也会对混凝土的强度造成影响。（４）由于水 泥中掺加的半水石膏或使用工业无水石膏均造成混凝 假（急）凝，混凝土在浇筑时无法很好的进行振捣，混 凝土不密实，影响了抗压强度。 养护不当：如早期缺水干燥，受冻等。熟悉水泥化学 的技术人员大都知道，水泥的水化是持续进行的，根据 资料，混凝土进行浇筑后１４天内水化反应最快，１００年 后水化化学反应仍在进行。因此，在养护期内必须保持 混凝土的饱水状态，或者接近于这个状态。只有在饱水 状态，水泥水化速度才是最大的，才能使得混凝土中的 水泥凝结硬化达到最佳状态。 ８结束倍 影响混凝土强度的原因很多，这里仅是本人在工作 中积累的一点浅薄认识，对于工程中出现的混凝土结构 强度偏差问题，需要根据实际情况进行相关的试验分 析，找出问题并对症处理，并从问题的发现、处理中总结 经验，避免类似的问题以后再次出现。● 【参考文献】 ［１］黄士元，蒋家奋，杨南如，周兆桐等编著．近代混凝土技术，陕 西科学技术出版社，１９９８ ［２］张承志主编，王爱勤，邵惠副主编．建筑混凝土，化学工业出版 社，２００７ ［３］薛守贵，影响预拌混凝土强度问题的分析，《安徽建筑》２００６， （】）