混凝土硬化后的性质及特点

硬化后混凝土应具有足够的强度和耐久性。

1.立方体抗压强度

立方体抗压强度是混凝土结构设计的主要设计依据，也是施工中控制和评定混凝土质量的主要指标。

（1）强度等级。混凝土按立方体抗压强度标准值划分强度等级，共划分为：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80十四个等级。

（2）表示方法。强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值（MPa）表示。例如：C20表示混凝土立方体抗压强度标准值f_cu，k=20MPa。

立方体抗压强度标准值，系按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准方法测得的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的概率不超过5%（即具有95%保证率的抗压强度）。

强度保证率是指混凝土强度总体中，大于设计强度等级的概率。边长为150mm的立方体试块为标准试块，边长为100mm和200mm的立方体试块为非标准试块。当采用非标准试块确定强度时，必须乘以折算系数，折算成标准试块强度。

2.轴心抗压强度

在混凝土结构计算中，对于轴心受压构件常以棱柱体抗压强度作为设计依据，因为这样接近于构件的实际受力状态。按标准试验方法，制成150mm×150mm×300mm的标准试块，在标准养护条件下测其抗压强度值，即为轴心抗压强度。

由于立方体受压时，上下表面受到的摩擦力比棱柱体大，所以立方体抗压标准强度（f_cu，k）要高于轴心抗压强度（f_c）。两者关系为：f_c=0.67f_cu，k。

3.影响强度的因素

（1）水泥强度和水灰比。水泥强度等级和水灰比是影响混凝土强度的最主要因素。在其他条件相同时，水泥强度等级愈高，则混凝土强度愈高；在一定范围内，水灰比愈小，混凝土的强度愈高。反之，水灰比大，则用水量多，多余的游离水在水泥硬化后逐渐蒸发，使混凝土中留下许多微细小孔不密实，使强度降低。

（2）粗骨料。粗骨料的强度一般都比水泥石的强度高，因此，骨料的强度一般对混凝土的强度几乎没有影响。但是，如果含有大量软弱颗粒、针片状颗粒及风化岩石，则会降低混凝土的强度。另外，骨料的表面特征也会影响混凝土的强度。表面粗糙、多棱角的碎石与水泥石的黏结力，比表面光滑的卵石要好。所以，水泥强度等级、水灰比相同情况下，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。

（3）养护条件。混凝土的强度是在一定的温度、湿度条件下，通过水泥水化逐步发展的。在4～40℃范围内，温度愈高，水泥水化速度愈快，强度愈高；反之，随着温度的降低，水泥水化速度减慢，混凝土强度发展也就迟缓。当温度低于0℃时，水泥水化基本停止，加上因水结冰膨胀，混凝土强度会降低。

另外，为了满足水泥水化的需要，混凝土浇筑后，必须保持一定时间的潮湿。若湿度不够，导致失水，会严重影响混凝土强度。

一般混凝土在浇筑12h内进行覆盖，待具有一定强度时注意浇水养护。对硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥拌制的混凝土，浇水养护时间不得少于7d；使用火山灰水泥、粉煤灰水泥或掺用缓凝型外加剂及有抗渗要求的混凝土，浇水养护时间不得少于14d；当平均气温低于5℃时，不得浇水。

混凝土表面不便浇水时，应用塑料薄膜覆盖，以防止混凝土内水分蒸发。混凝土强度与保持潮湿时间的关系如图5-4所示。

图5-4 混凝土强度与保持潮湿时间的关系

（4）龄期。混凝土的强度随龄期的增长而逐渐提高。在正常养护条件下混凝土的强度，初期（3～7d）发展快，28d可达到设计强度等级。此后增长缓慢，甚至可延续几十年之久。不同龄期混凝土强度增长值见表5-5。

表5-5 不同龄期混凝土强度增长值(www.xing528.com)

4.耐久性

混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏作用，长期保持强度和外观完整性的能力。

混凝土耐久性的好坏，将会影响混凝土工程的使用年限，是一项非常重要的性质。耐久性主要与冻融循环、环境水腐蚀、碳化、风化、钢筋锈蚀和碱—骨料反应等因素作用有关。

（1）抗冻性。混凝土中所含水的冻融循环作用是造成混凝土破坏的主要因素之一。因此，抗冻性是评定混凝土耐久性的重要指标。

混凝土试件成型后，经过标准养护或同条件养护，在规定的冻融循环次数下保持强度和外观的能力，称为混凝土的抗冻性。抗冻性用抗冻等级表示。混凝土的密实度、孔隙率是决定抗冻性的重要因素。提高抗冻性的有效方法，可采用引气混凝土、高密实混凝土，选择适宜的水泥品种及水灰比等。

（2）抗渗性。抗渗性是指混凝土抵抗液体渗透的性能，用抗渗等级表示。在混凝土抗渗试验中，以每组6个试件中，4个试件所能承受的最大水压表示。

混凝土渗水的主要原因是混凝土中多余水分蒸发留下的孔道；混凝土拌合物由于泌水，在粗骨料颗粒与钢筋下，形成的水膜或由于泌水留下的孔道，在压力水作用下形成连通渗水通道。另外因施工质量差，捣固不密实也容易形成渗水孔隙和通道。

（3）抗碳化性。抗碳化是混凝土的一项重要长期性能，它直接影响对钢筋的保护作用。硬化后的混凝土，由于水泥水化形成氢氧化钙，故呈碱性。碱性物质使钢筋表面生成难溶的钝化膜，对钢筋有良好的保护作用。

当湿润空气中的二氧化碳渗透到混凝土内时，与氢氧化钙产生化学反应，生成碳酸钙，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化。当碳化深度超过混凝土保护层时，在有水和空气存在的条件下，钢筋开始生锈。钢筋锈蚀会引起体积膨胀，使钢筋保护层遭受破坏，这又会进一步促进钢筋的锈蚀。另外，碳化还将显著地增加混凝土的收缩，使混凝土的抗拉、抗折强度降低。

处于水中的混凝土，由于水阻止了二氧化碳与混凝土的接触，所以混凝土不能被碳化；混凝土处于特别干燥的条件下，由于缺乏使二氧化碳与氢氧化钙反应所需的水分，故碳化也不能进行。

（4）混凝土的碱—骨料反应。碱—骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物（如活性SiO₂、硅酸盐、碳酸盐等），在潮湿环境下缓慢发生导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。由此引起的膨胀破坏往往若干年之后才会逐渐显现。所以，对碱—骨料反应必须给予足够的重视。

预防碱—骨料反应的措施有：采用活性低的或非活性骨料；控制水泥或外加剂中游离碱的含量；掺粉煤灰、矿渣或其他活性混合材料；控制湿度，尽量避免产生碱—骨料反应的所有条件同时出现。

综合以上几点，提高耐久性的措施有：

1）根据工程所处环境及使用条件，合理选择水泥品种。

2）掺外加剂，改善混凝土的性能。

3）加强浇捣及养护，提高混凝土的强度和密实度，避免出现裂缝、蜂窝、气孔等。

4）用涂料和其他措施，进行表面处理，防止混凝土碳化。

5）适当控制水灰比及水泥用量。