第三节　混凝土的质量

对混凝土质量的基本要求一般是:混凝土拌合物具有与施工条件相适应的和易性,硬化后的混凝土具有符合设计要求的强度并具有与工程环境相适应的耐久性。

一、混凝土拌合物的质量

混凝土各组成材料按一定比例配料、经搅拌均匀后的混合物称为混凝土拌合物,也称为新拌混凝土,以区别于硬化后的混凝土。

为使混凝土拌合物在搅拌、运输、浇筑、捣实及表面处理等生产、施工工序易于操作并达到质量均匀、不泌水、不离析的要求,以获得良好的浇筑质量,从而为保证混凝土的强度、耐久性及其他要求具备的性能创造必要的条件,对混凝土拌合物应有一定的质量要求。

混凝土拌合物应具有良好的和易性(也称工作性)。和易性是指混凝土拌合物易于施工操作并使成型后的混凝土密实均匀的性质。和易性是一项综合的技术性质,包括有流动性、粘聚性和保水性三方面的含义。

流动性是指混凝土拌合物在自重或施工机具振动作用下,能产生流动,并均匀密实地充满模型的性质。

粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中,其组成材料之间有一定粘聚力,不致产生分层和离析的现象。

保水性是指在施工过程中混凝土拌合物具有一定的保水能力,不致产生严重的泌水现象。

混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性有其各自内容,三者之间既互有联系,又存在着矛盾,而和易性是这三方面性质在某种具体条件下矛盾统一的概念。

混凝土拌合物在生产过程中,不可避免地混入一定量气泡,影响了混凝土的密实性;有时,为了改善混凝土拌合物的和易性或为了改善混凝土的耐久性,在制备混凝土时掺用引气型外加剂,使拌合物含有一定量的空气。因此,含气量也属于混凝土拌合物的一项质量要求。

混凝土拌合物的水灰(胶)比、水泥(胶凝材料)含量及其他材料组成,既影响混凝土的强度、耐久性、密实性,又影响拌合物的和易性,从而影响混凝土的质量,所以,对这些指标也应有所控制。

混凝土拌合物均匀性是保证全部混凝土各项性能均匀一致的前提条件,因此,生产施工过程中应控制混凝土拌合物的均匀性。

冬期施工为使混凝土能正常凝结硬化,暑期及大体积混凝土工程施工为防水泥水化热聚集、凝结加快等影响工程质量的因素出现,常需对混凝土拌合物的出机温度及浇筑时的入模温度有所控制。

二、混凝土的力学性能

混凝土的力学性能可谓是混凝土的最重要的质量要求,虽然在许多实际工程中,还可能同时包括抗渗、抗冻、抗腐蚀、抗碳化等耐久性方面的质量要求,甚至这些性能更为重要,但由于混凝土结构物主要是用以承受荷载或抵抗其他各种作用力,而且混凝土的其他各种性能与混凝土的力学性能存在着密切的相关关系,混凝土的力学性能又与混凝土组分中起着胶结作用的水泥石结构有直接关系。由此可见,混凝土的力学性能是反映混凝土质量的最直接的指标,因此,通常以混凝土的力学性能来评定和控制混凝土质量。

混凝土的力学性能有抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗剪强度及与钢筋的粘结强度等。由于混凝土结构物主要利用其抗压强度承受荷载,并常以抗压强度为主要设计参数,且抗压强度与其他强度及变形特性有良好的相关关系,根据抗压强度可以推定其他强度及变形特性,同时抗压强度试验方法又比其他强度的试验方法易于实施,所以,在混凝土的各种强度中,常用抗压强度作为一般评定混凝土质量的指标,并作为确定强度等级的依据。通常在实际工程中,一般说混凝土的力学性能就是指混凝土抗压强度,其他强度又与抗压强度之间存在一定的换算关系。

弹性模量是表示固体材料抵抗变形能力的物理量,是混凝土结构设计的技术参数。混凝土是非弹性体,在受荷载作用时,会产生不可恢复的塑性变形,也会产生可以恢复的弹性变形。若混凝土弹性模量太小,可能导致构件变形较大而影响正常使用;但若混凝土弹性模量太大,也可能会使构件刚性约束太强而容易发生裂缝。因此,弹性模量也是混凝土力学性能的一个重要方面。

三、混凝土的长期性能与耐久性能

混凝土除应具有设计要求的强度,以保证能安全承受荷载外,还应具有在建筑物所处的自然环境及使用条件下经久耐用的性能,以保证结构物在设计预期年限正常使用,减少维护修缮工作量,提高经济效益和社会效益。

影响混凝土长久正常使用的原因,可能是混凝土所处环境的外在因素,也可能是混凝土的内在因素。外在因素诸如风化作用、温度和湿度的影响、磨损、电解作用,以及天然或工业废水和废气的侵蚀作用等。这些介质对混凝土结构(建筑物)造成危害的程度除与介质性质有关外,主要还与混凝土的质量有关。混凝土的内在因素主要是混凝土的密实度、孔隙的构造及数量、拌合物中氯化物总含量,以及在一定条件下可能引起碱-骨料反应的混凝土中的碱含量。

混凝土建筑物的蚀毁,往往是诸多因素综合作用所导致,但是,从广泛意义上说混凝土的密实程度、孔隙的构造及数量,在很大程度上决定了混凝土遭受外界因素侵蚀的难易程度,混凝土的渗透性可说是最直接的影响因素。因此把混凝土的抗渗性作为评价混凝土质量的指标之一,与之相关的质量要求还有抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性能以及混凝土的氯化物含量和碱含量等。

混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗液体在压力作用下渗透的性能。

混凝土的抗冻性是指混凝土在饱水状态下能经受多次冻融循环而不破坏,同时强度也不严重(大幅度)降低的性能。

混凝土的抗侵蚀性是指当混凝土处在含有侵蚀性介质(软水、含酸、盐水等)的环境中时,具有一定的抗侵蚀能力。

混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳在有水存在的条件下与水泥水化产物氢氧化钙反应生成碳酸钙和水的作用。碳酸钙属于中性,所以碳化又称中性化,碳化实际也是对混凝土侵蚀的一种类型。

混凝土中水泥水化后产生大量Ca(OH)2,pH值常达12以上,钢筋混凝土结构中的钢筋处于水泥石的碱性环境中,在钢筋表面形成一层钝化薄膜,保护钢筋不致锈蚀。但一些卤素离子,特别是氯离子将促进锈蚀反应,破坏起保护作用的钝化薄膜,使锈蚀迅速发展。

硫酸盐侵蚀是指自然界存在的硫酸盐与混凝土结构接触或进入混凝土基体与水泥水化产物发生化学反应或盐结晶的物理作用,导致混凝土膨胀、开裂、剥落等损坏,进而使混凝土结构失去完整性和稳定性。

混凝土的组成材料水泥、掺合料及外加剂等含有碱,当混凝土中的碱含量较高时,在有水存在的条件下,混凝土中的碱与骨料中的某些矿物成分发生化学反应,产生不均匀膨胀,导致混凝土出现裂缝及强度、弹性模量下降,降低混凝土的耐久性,甚至导致混凝土工程毁坏,这一反应称为碱-骨料反应。为防止碱-骨料反应的危害,首先在配制混凝土时,控制水泥的碱含量,控制混凝土的总含碱量,选用非活性骨料,掺用可缓解、抑制碱-骨料反应的掺合料等。

混凝土材料具有徐变和收缩的特性。收缩是混凝土自发产生的,而徐变是在应力作用下产生的。收缩引起的应力可使混凝土结构产生变形、裂缝;收缩可在混凝土内部产生微裂缝,降低混凝土耐久性能;对预应力结构,混凝土收缩会产生预应力损失。

徐变是在持续荷载作用下随时间增加的变形。徐变对混凝土既有有利方面又有不利方面。在某些情况下,徐变有利于结构或构件的内力重分布,减少应力集中现象及减少温度应力等,从而有利于阻止结构裂缝形成。但徐变会使构件变形增大;在预应力混凝土构件中,徐变会导致预应力损失;徐变使受弯和偏心受压构件的受压区变形加大,从而使受弯构件挠度增加,使偏压构件的附加偏心距增大而导致构件承载力降低。