影响混凝土强度的主要因素-建筑材料第2版成果揭示

普通混凝土中骨料－水泥石界面最薄弱，混凝土的破坏是从界面处开始的。影响混凝土界面的因素也就是影响强度的最主要因素。混凝土中各组成材料对强度都有影响，环境条件和施工方法也都影响强度；另外，测试条件也影响强度测定值。

1）水灰比（W／C）和水泥强度等级

水灰比和水泥强度等级是决定混凝土强度的最主要因素，也是决定性因素。

水灰比不变时水泥的强度等级越高，则硬化水泥石强度越高，对骨料的黏结力越强，混凝土强度也越高。水泥的强度在等级相同的条件下，混凝土强度主要取决于水灰比。从理论上讲，水泥水化时所需要的结合水，一般只占水泥质量的23%，但拌制混凝土为了保证和易性的要求，常需要多加入一些水。当混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中或蒸发后形成气孔或孔道，大大降低了混凝土承受荷载的有效面积，而且孔隙周围引起应力集中。因此在水泥的强度等级相同的情况下水灰比越小，水泥石强度越高，与骨料的黏结力越强，混凝土强度也越高。但是如果水灰比过小，拌和物过于干稠，不能很好地振捣密实，混凝土强度反而会严重下降。

对于满足水灰比法则的混凝土，在不使用引气剂的情况下，C／W与抗压强度的关系大致可表示如下：

式中：fcu，k——混凝土的强度；

fce——水泥的强度；

αA、αB——与骨料有关的常数（粗骨料为碎石时，αA＝0．46，αB＝0．07；粗骨料为卵石时，αA＝0．48，αB＝0．33）。

对于引气混凝土，C／W与强度的关系与空气量有关，在某一固定的水灰比情况下，每增加1%的空气量，抗压强度减少4%～6%。

式（4－4）称为混凝土的强度公式，它用简洁的形式给出了W／C和水泥标号对混凝土强度的影响，同时也考虑到骨料的影响。但这一公式成立的条件是混凝土必须是成型密实的，通常适用于塑性混凝土。若能充分捣实混凝土，强度公式对于低水灰比也是成立的，例如在采用超塑化剂的情形之下，混凝土在低水灰比下就能成型密实，强度公式仍然成立。这个公式的重要意义在于，可以从采用的原材料估计混凝土的强度。在进行配合比设计的时候，采用此公式可以方便地求出对应强度要求的混凝土的水灰比，大大方便了配合比设计。

2）温度和湿度

混凝土的强度极大地受所处的环境条件的影响。一定的温度和湿度条件是混凝土中胶凝材料正常水化的条件，也是混凝土强度发展的必要条件。

混凝土中水泥的水化作用受养护温度的影响极大，养护温度越高，初期的水化作用越快，早期强度也越大。温度降低，则水泥水化减慢，早期强度将明显降低。

当环境温度低于混凝土中水的冰点时，混凝土就会产生冻结。水泥混凝土在－0．5～－2．0℃时冻结。假如冻结，水泥就不发生水化作用。冻结的混凝土，如在适当温度下养护，强度会有某种程度的增长，但与标准养护的混凝土相比，强度明显降低。但是，如果混凝土有某种程度的硬化，冻结后养护充分，也可恢复其强度。当抗压强度达到40MPa时，冻害的影响就不大了。

混凝土在连续不断的湿润养护下，其强度随着龄期的增长而增长。如果混凝土干燥，水泥的水化作用马上就会停滞。刚浇筑后就暴露在室外的试件，龄期为6个月的抗压强度，是连续潮湿养护、同龄期6个月的压强的40%。

由于混凝土的强度受温度和湿度影响很大，在工程中，要特别注意对混凝土进行养护。养护就是在混凝土浇注后给予一定的温度、湿度环境条件，使其正常凝结硬化。许多混凝土质量事故都是由于养护不当所造成的。

按养护的条件不同，混凝土的养护有标准养护、自然养护、蒸汽养护和蒸压养护之分。标准养护是在温度为20±2℃、相对湿度≥95%条件下进行的养护，评定强度等级时需采用该养护条件。

自然养护是指对在自然条件（或气候条件）下的混凝土适当地采取一定的保温、保湿措施，并定时定量地向混凝土浇水，保证混凝土材料强度能正常发展的一种养护方式。

蒸汽养护是将混凝土在温度＜100℃、压力为1atm的水蒸气中进行的一种养护。蒸汽养护可提高混凝土的早期强度，缩短养护时间。蒸汽养护的温度与混凝土所采用的水泥品种有关，对普通水泥为80℃左右，矿渣、火山灰水泥为90℃左右。普通水泥和硅酸盐水泥在蒸汽养护后早期强度提高，但后期强度则较正常养护的混凝土低。(www.xing528.com)

蒸压养护是将混凝土材料在8～16atm下，175～203℃的水蒸气中进行的一种养护。蒸压养护可大大提高混凝土材料的早期强度，后期强度也不降低。

3）龄期

混凝土的强度随时间推移而增长。初期强度增长速度快，后期增长速度慢并趋于稳定。龄期为4周的强度大致稳定，混凝土的强度通常取28d强度作为代表值。掺有粉煤灰的混凝土等在更长时间内强度才达到稳定，通常采用90d的强度为代表值。在适宜的环境条件下，混凝土强度增长过程往往延续几年，对应于水泥水化的长期过程。在潮湿环境中强度发展往往延续时间更长。

在工程实际中，强度与龄期的关系是很重要的，例如希望尽早知道混凝土能否达到设计强度等级，估计混凝土达到某一强度所需要养护的天数，确定混凝土能否进行拆模、构件起吊、预应力放张等工艺操作等，通常用28d强度作为混凝土的强度值，其他龄期的强度或性能也通常与28d强度联系起来。实践表明，由中等强度等级的普通水泥配制的混凝土，在标准养护条件下，其强度发展大致与龄期的常用对数成正比。可表示如下：

式中：fn——混凝土nd龄期的抗压强度（MPa）；

f28——混凝土28d龄期的抗压强度（MPa）；

n——养护龄期（d），n≥3。

为便于混凝土施工操作，还建立了不同水泥品种、不同的养护条件、不同标号的混凝土随龄期变化的强度发展曲线。

4）试验条件对强度测定值的影响

（1）试验机上下压板的光滑情况影响测定的强度大小

压板下不加润滑剂，测得的值偏高；压板下加润滑剂，测得的值偏低。试件受压时，竖向被压缩，横向要扩张，由于混凝土与压力机垫板的弹性模量与泊松比的差异，压力机压板的横向变形明显小于混凝土试件的横向变形，压板通过接触面上的摩擦力对混凝土试块的横向变形产生约束作用，就好像在上下端加了一个“箍”，故称为“环箍效应”，此效应提高了试件的抗压强度；当混凝土达到极限应力时，在竖向压力和横向水平摩擦力的共同作用下，首先沿斜向面破坏，然后四周脱落，形成两个对顶的“角锥体”破坏面。如果压板上有润滑剂，则使压板与试件的摩擦力大大减小，横向变形几乎不受约束，时间沿着与力的作用方向平行地产生几条裂缝而被破坏，此方法测得的强度会较低。

图4－9　“环箍效应”示意图

（2）试件的尺寸大小影响混凝土强度测试值

试件尺寸小，测得的强度高；试件较大时，测得的强度较低。原因是：小试件内部有缺陷的概率小、内部与表面硬化的差异小。当采用200mm×200mm×200mm和100mm×100mm×100mm的非标准试件测定混凝土强度时，实测强度偏低和偏高，换算成标准试件时，要分别乘以系数1．05和0．95。在试验中承压面摩擦力对小试件的影响大，环箍效应作用较强，所以测得的强度高；相反，试件较大时，测得的强度较低。

（3）加荷速度

加荷速度也影响混凝土强度测试结果：加荷速度快，测得的强度高；反之，加荷速度慢，测得的强度偏低。加载越快，内部缺陷还未来得及反应，所以测得的强度高。