提高水泥混凝土強(qiáng)度的措施分析

王寶

摘要 影響水泥混凝土強(qiáng)度的因素是多方面的，本著為水泥混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工及試驗(yàn)分析提供一些思路和依據(jù)的原則，本文從水泥混凝土的組成材料、施工條件與施工方法、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)齡期和試驗(yàn)條件等幾個(gè)方面闡述了提高強(qiáng)度的措施并做了相應(yīng)的分析。提高水泥混凝土強(qiáng)度的措施是建立在影響強(qiáng)度因素的基礎(chǔ)上的，只有通過(guò)改善原材料的質(zhì)量和人為的外在因素才能提高水泥混凝土的強(qiáng)度，因此本文提出的提高強(qiáng)度的措施有：選用高強(qiáng)水泥和早強(qiáng)水泥、采用低水灰比和集漿比、摻和外加劑和摻和料、采用機(jī)械拌和機(jī)械振搗、采用濕熱養(yǎng)護(hù)及磁化水對(duì)提高水泥混凝土強(qiáng)度的分析。

關(guān)鍵詞：提高；水泥混凝土；強(qiáng)度

前言

水泥混凝土（即普通混凝土），是以水泥為膠結(jié)材料與細(xì)集料、粗集料及水按適當(dāng)比例配制，經(jīng)一定時(shí)間硬化而成的一種堅(jiān)硬的人造石材。水泥混凝土是道路與橋梁工程建設(shè)中，應(yīng)用最廣泛，用量最大的建筑材料之一，隨著高等級(jí)公路的發(fā)展，水泥混凝土與瀝青混凝土一樣，成為高等級(jí)路面的主要建筑材料。在現(xiàn)代公路橋梁中，鋼筋混凝土是最主要的一種橋型，廣泛應(yīng)用于公路和立交工程。水泥混凝土的強(qiáng)度包括抗壓、抗彎、抗拉、抗折強(qiáng)度等，其中抗壓強(qiáng)度最大，抗拉強(qiáng)度最小，混凝土各力學(xué)強(qiáng)度均可通過(guò)抗壓強(qiáng)度折算，在工程中混凝土主要以抗壓強(qiáng)度為主，因此提高混凝土的強(qiáng)度主要從抗壓強(qiáng)度來(lái)研究、闡述。

影響水泥混凝土強(qiáng)度的因素是多方面的，歸納起來(lái)主要有：材料、施工條件及施工方法、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)齡期、試驗(yàn)條件等五方面，本文根據(jù)混凝土強(qiáng)度的影響因素提出提高水泥混凝土強(qiáng)度的多種措施并做出分析。

一、選用高強(qiáng)水泥和早強(qiáng)水泥

為了提高混凝土的強(qiáng)度，應(yīng)選用高強(qiáng)度的水泥，尤其是重型交通的路面，抗折強(qiáng)度應(yīng)大于5.0MPa，水灰比應(yīng)不大于0.46，水泥用量不大于360kg/m3的條件下，必須采用高強(qiáng)水泥或道路水泥，才能滿足強(qiáng)度高，水泥用量少的要求。為了縮短養(yǎng)活時(shí)間，在供應(yīng)條件允許時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇早強(qiáng)型水泥。

二、采用低水灰比和漿集比

為了提高路面混凝土的強(qiáng)度，通常采用的水灰比不超過(guò)0.45，用水量不應(yīng)超過(guò)150kg/m3（卵石不超過(guò)140kg/m3）。對(duì)于摻外加劑的混凝土還可以采用更低的水灰比和用水量。采用低的水灰比，可以減少混凝土中的游離的水，從而減少混凝土中的空隙，提高了混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度；另一方面減低了漿集比，減薄了水泥層的厚度，可以充分的發(fā)揮集料的骨架作用，對(duì)混凝土強(qiáng)度的提高亦有幫助。

三、摻和混凝土外加劑和摻和料

3.1采用外加劑增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的分析

下面分別以兩個(gè)試驗(yàn)說(shuō)明外加劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)一：原材料采用525硅酸鹽水泥，碎石（粒徑5～20mm），河砂（細(xì)度模數(shù)3.04）清潔水和FDN型減水劑。

水泥用量為540kg/m3，坍落度控制在4～7cm，減水劑摻量以水泥重量的百分比計(jì)，試件規(guī)格10×10×10cm3，試件成型后蒸養(yǎng)6h脫模，再置入180℃，10atm蒸壓釜中蒸壓10h，然后測(cè)試混凝土3天抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表（2—1）

由表（2—1）FDN型減水劑在0.5～1.5%摻量范圍內(nèi)，混凝土強(qiáng)度有明顯的增長(zhǎng)，與未摻減水劑的相比，強(qiáng)度提高了13.1～69.1%，當(dāng)減水劑摻量小于0.5%和大于2.0%時(shí)，混凝土強(qiáng)度對(duì)減水劑的摻量不敏感。

試驗(yàn)二：按表（2—2）的膠砂配合比做水泥膠砂試驗(yàn)，在水中（水溫25～30℃），養(yǎng)護(hù)不同齡期中其強(qiáng)度見(jiàn)表（2—3）

從表（2—3）可以見(jiàn)，摻入ST-4早強(qiáng)型減水劑的2號(hào)試樣，10d膠砂強(qiáng)度比未摻早強(qiáng)型減水劑的1號(hào)試樣有較大幅度的下降，28d摻早強(qiáng)型減水劑的強(qiáng)度比未摻的明顯低，但是強(qiáng)度差有所減小，可以認(rèn)為ST-4早強(qiáng)型減水劑的加入，對(duì)試樣強(qiáng)度有明顯不利的影響。

由以上的兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果可以很明顯的得出結(jié)論，混凝土在拌和時(shí)加入外加劑對(duì)混凝土強(qiáng)度有一定的影響，要想明確外加劑能否使混凝土的強(qiáng)度提高必須做對(duì)比試驗(yàn)來(lái)確定。外加劑的摻量也應(yīng)該是適量的，否則不但不能起到明顯增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的效果，而且還會(huì)造成浪費(fèi)，從而提高工程成本。因此外加劑的摻入量也應(yīng)建立在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上的。

3.2 摻和料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響分析

原材料和試驗(yàn)方法同前（2.3.1的試驗(yàn)），F(xiàn)DN型減水劑摻量為1.0%，摻和料為磨細(xì)長(zhǎng)石石英砂，細(xì)度為230m2/kg，SiO2含量為86.7%，摻和料以水泥用量的百分?jǐn)?shù)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表（2—4）：

由表（2—4）數(shù)據(jù)可以表明，磨細(xì)長(zhǎng)石石英砂摻量為50～60%時(shí)，混凝土強(qiáng)度可提高52.2～57.9%。摻量小于50%和大于70%時(shí)，對(duì)其強(qiáng)度影響不太明顯。由此試驗(yàn)可以說(shuō)明摻入摻和料可以使混凝土的強(qiáng)度增加，但為了確?；炷翉?qiáng)度增長(zhǎng)最大，必須通過(guò)試驗(yàn)確定摻和料的摻量。本人認(rèn)為摻和料的選擇就和外加劑的選擇一樣是建立在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)選擇即能滿足工程要求又經(jīng)濟(jì)的摻和料種類(lèi)。

四、采用機(jī)械拌和和機(jī)械振搗

混凝土拌和物在強(qiáng)力攪拌和振搗作用下，水泥漿的凝聚結(jié)構(gòu)暫時(shí)受到破壞，因此降低了水泥漿的粘度和集料間的摩阻力，提高了混凝土混合料的流動(dòng)性，使混合料更均勻、更密實(shí)，使其強(qiáng)度提高更快，尤其是水灰比小的干硬性的混凝土混合料，通過(guò)振搗成型效果更顯著。

五、采用濕熱養(yǎng)護(hù)

5.1 蒸汽養(yǎng)護(hù)

它是將成型的混凝土制品置于100℃以下的常壓蒸汽中，經(jīng)過(guò)16～20h蒸汽養(yǎng)護(hù)后，其強(qiáng)度可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)狀況下28d強(qiáng)度的70%～80%，其蒸汽養(yǎng)護(hù)對(duì)不同水泥亦不同。用普通的硅酸鹽水泥時(shí)，蒸汽養(yǎng)護(hù)最好為80℃左右，這種水泥制成混凝土，經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)后，再在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d時(shí)抗壓強(qiáng)度比一直在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)的混凝土強(qiáng)度降低了10%～15%，這是因?yàn)槠胀ü杷猁}水泥混凝土在高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)，水化反應(yīng)速度加快，在水泥顆粒表面形成凝結(jié)模層，將阻礙水分繼續(xù)深入水泥顆粒內(nèi)部。所以蒸汽養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度，但是蒸汽養(yǎng)護(hù)能大大的縮短養(yǎng)護(hù)齡期，使工程期減少。當(dāng)用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及礦渣硅酸鹽水泥時(shí)，蒸汽養(yǎng)護(hù)的溫度為90℃左右時(shí)，經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)后的28d抗壓強(qiáng)度提高10%～40%。這是因?yàn)榛钚曰旌狭吓c氧化鈣的化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)水化物，有助于強(qiáng)度的增長(zhǎng)，提高混凝土的強(qiáng)度。

5.2蒸壓養(yǎng)護(hù)

蒸壓養(yǎng)護(hù)是將澆注完的混凝土構(gòu)件 靜停8～10h后，放入蒸壓釜中，通入高壓、高溫（如大于或等于8個(gè)大氣壓，溫度為175℃以上）飽和蒸汽進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在高溫高壓蒸汽下，水泥水化時(shí)，析出的氫氧化鈣不僅能充分和活性的氧化硅結(jié)合，而且也能與晶體狀況下的氧化硅結(jié)合而生成含水硅酸鹽，從而加快了水化和硬化，提高了混凝土的強(qiáng)度。此法比蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝土質(zhì)量好，特別是對(duì)采用摻活性混凝土混合料材料的水泥及摻入磨細(xì)石英砂的混合硅酸鹽水泥更為有效。

六、采用磁化水提高混凝土強(qiáng)度的分析

6.1磁化水提高拌和物的和易性，進(jìn)而提高了混凝土的強(qiáng)度

合適條件的磁化水，其表面張力減小，使水泥的活性增加，使得水化反應(yīng)進(jìn)行的更快更充分，生產(chǎn)的水泥漿體和泥膠數(shù)量增加，游離水和未水化的水泥顆粒減少，因此拌和物的流動(dòng)性、粘聚性和保水性增加。另外，由于磁化水的分子集團(tuán)較普通水小，所以磁化水的密度比普通水大，因此，在拌和過(guò)程中，固相的分散度增加（水泥顆粒及細(xì)骨料的分散度增加），所以拌和物的均勻性增加，故由此拌和物由不均勻引起的力學(xué)性質(zhì)變差的情況得到改善。再者由于水泥漿體和凝膠數(shù)量的增加，使得拌和物的粘聚性和保水性增加，因此，因泌水和蒸發(fā)引起的微裂縫和毛細(xì)孔隙的數(shù)量減小，從而使得混凝土的強(qiáng)度提高。

6.2磁化水減少拌和物的分層和離析，提高拌和物的密實(shí)度和混凝土的強(qiáng)度

混凝土在澆注、振搗過(guò)程中及初凝前的靜置時(shí)間內(nèi)，由于混合料中的各種固體顆粒的大小及密度不同，這就使得混凝土拌和物出現(xiàn)不同程度的分層和離析，會(huì)在粗骨料的下方形成充水區(qū)，這些缺陷都將嚴(yán)重地影響混凝土的強(qiáng)度及抗裂、防滲性能。當(dāng)用合適的磁化水拌和時(shí)，這些缺陷都能得到改善，所以可以提高混凝土的強(qiáng)度。

6.3磁化水拌和水泥混凝土可以減小水灰比，提高混凝土的強(qiáng)度

因合適的磁化水對(duì)水泥的活性比普通水強(qiáng)，因此，在拌和過(guò)程中，參與水化反應(yīng)的水分子的數(shù)量增加，被水泥包裹的“游離水”減少，生產(chǎn)的水泥漿體數(shù)量增加；同時(shí)磁化水對(duì)骨料的潤(rùn)滑性增加，故拌和物的流動(dòng)性增加，那么在保證流動(dòng)性不變的情況下，就可以減少水灰比，試驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。由前面的論述可以知道水灰比的減小能提高混凝土的強(qiáng)度，因此，使用磁化水能提高混凝土的強(qiáng)度。

6.4 磁化水縮短凝結(jié)時(shí)間，提高其早期的強(qiáng)度，進(jìn)而提高混凝土的強(qiáng)度

因合適的磁化水使水泥的活性增加，使得水化反應(yīng)加快，水泥的初凝和終凝時(shí)間變短，早期強(qiáng)度增加。由于初凝時(shí)間變短，所以拌和物因固體顆粒沉降引起的分層和離析情況得以改善，即不均勻程度減小。又因?yàn)樗磻?yīng)速度加快，在相同時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)的水化產(chǎn)物（晶體和凝膠）的數(shù)量增加，因此混凝土的早期強(qiáng)度提高，可以減小早期裂紋的數(shù)量和大小，因而可以提高混凝土的強(qiáng)度。

總結(jié)

在現(xiàn)代的公路橋梁中，水泥混凝土已成為最主要的建筑材料之一，應(yīng)用也最廣泛。影響水泥混凝土強(qiáng)度的因素不是單一的，且各個(gè)因素之間也是有聯(lián)系的。材料是影響混凝土強(qiáng)度內(nèi)在因素，把握好材料的質(zhì)量是提高混凝土強(qiáng)度的首要問(wèn)題，之后再在施工、養(yǎng)護(hù)期間注意其環(huán)節(jié)的關(guān)鍵處，就可能很好的保證混凝土的質(zhì)量。提高混凝土強(qiáng)度的措施的選擇是根據(jù)實(shí)際情況和試驗(yàn)來(lái)確定的（如外加劑和摻和料的選擇及摻量的選擇都必須是在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上的）。

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