1.5　混凝土的主要性能

在混凝土建筑物中，由于各個部位所處的環境不同，工作條件也不相同，對混凝土性能的要求也不一樣，故必須根據具體情況，采用不同性能的混凝土，達到在滿足性能要求的前提下，經濟效益顯著的目的。

1.5.1　混凝土拌合物特性

1.混凝土拌合物的和易性

混凝土和易性是指混凝土在施工中是否易于操作，是否具有能使所澆筑的構件質量均勻、易于密實成型的性能。所謂和易性好，是指混凝土拌合物容易拌合，不易發生砂、石或水分離析現象，澆筑時能填滿模板的各個角落，易于搗實，分布均勻，與鋼筋粘結牢固，不易產生蜂窩、麻面等不良現象。和易性是一項綜合的技術性質，包括有流動性、黏聚性和保水性等含義。可見，和易性是一項綜合性能。

（1）流動性。流動性指混凝土拌合物在自重或機械振動作用下能產生流動，并均勻、密實地填滿模板的性能。流動性的大小反映拌合物的稠稀，它影響施工難易及混凝土結構質量。

（2）黏聚性。黏聚性指混凝土拌合物中各種組成材料之間有較好的黏聚能力，在運輸和澆筑過程中，不致產生分層離析，使混凝土保持整體均勻的性能。黏聚性差的拌合物中水泥漿或砂漿與石子易分離，混凝土硬化后會出現蜂窩、麻面、空洞等不密實現象，嚴重影響混凝土結構質量。

（3）保水性。保水性指混凝土拌合物保持水分，不易產生泌水的性能。保水性差，泌水傾向加大，振搗后拌合物中的水分泌出、上浮，使水分流經的地方形成毛細孔隙，成為滲水通道；上浮到表面的水分，形成疏松層，如上面繼續澆筑混凝土，則新舊混凝土之間形成薄弱的夾層；上浮過程中積聚在石子和鋼筋下面的水分，形成水隙，影響水泥漿與石子和鋼筋的粘結。

2.和易性的測定

通常是指拌合物的流動性、黏聚性和保水性。

（1）保水性測定時，將混凝土拌合物按規定方法裝入坍落筒內，然后將筒垂直提起，由于自重會產生坍（塌）落現象，坍落的高度稱為坍落度。坍落度越大，說明流動性越好。

（2）黏聚性的檢查方法，是用搗棒在已坍落的拌合物一側輕敲，如果輕敲后拌合物保持整體，漸漸下沉，表明黏聚性好；如果拌合物突然倒塌，部分離析，表明黏聚性差。

（3）保水性的檢查方法，是當坍落筒提起后如有較多稀漿從底部析出而拌合物因失漿骨料外露，說明保水性差；如無漿或有少量的稀漿析出，拌合物含漿飽滿，則保水性好。

3.影響和易性的因素

（1）用水量。用水量是決定混凝土拌合物流動性的主要因素。分布在水泥漿中的水量，決定了拌合物的流動性。拌合物中，水泥漿應填充骨料顆粒間的空隙，并在骨料顆粒表面形成潤滑層以降低摩擦，由此可見，為了獲得要求的流動性，必須有足夠的水泥漿。試驗表明，當混凝土所用粗、細骨料一定時，即使水泥用量有所變動，為獲得要求的流動性，所用水量基本是一定的。流動性與用水量的這一關系稱為恒定用水量法則。這給混凝土配合比設計帶來很大方便。

注意：增加用水量雖然可以提高流動性，但用水量過多又使拌合物的黏聚性和保水性變差，影響混凝土的強度和易性。因此，為提高混凝土拌合物的流動性，必須在保持水灰比不變情況下，在增加用水量的同時，增加水泥的用量。

（2）水膠比。水膠比決定著水泥漿的稀稠。為獲得密實混凝土，所用的水膠比不宜過小；為保證拌合物有良好的黏取性和保水性，所用的水膠比又不能過大。水膠比一般在0.8～1.5。在此范圍內，當混凝土中用水量一定時，水膠比的變化對流動性影響不大。

（3）砂率。砂率是指混凝土中砂的用量占砂、石總量比例。當砂率過大時，由于骨料的空隙率與總表面積增加，在水泥漿用量一定的條件下，包覆骨料的水泥漿層減薄，流動性變差；若砂率過小，砂的體積不足以填滿石子的空隙，要用部分水泥漿填充，使起潤滑作用的水泥漿層減薄，混凝土變得粗澀，和易性變差，出現離析、潰敞現象。而合理砂率在水泥漿量一定的情況下，使混凝土拌合物有良好的和易性，或者說，當采用合理砂率時，在混凝土拌合物有良好的和易性條件下，可使水泥用量最少。可見合理砂率，就是保持混凝土拌合物有良好黏聚性和保水性的最小砂率。

（4）其他影響因素。影響和易性的其他因素有水泥品種、骨料條件、施工時的環境條件及摻加外加劑等。

1.5.2　混凝土的強度

1.混凝土強度等級

按照國家標準《混凝土結構設計規范》GB 50010—2010，混凝土強度等級應該按立方體抗壓強度標準值進行確定。立方體抗壓強度標準值系指的是按標準方法制作和養護的邊長為150mm的立方體試件，采用28d齡期用標準試驗方法測得的具有95％保證率的抗壓強度，以fck表示。一般普通混凝土劃分為14個強度等級：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。混凝土強度等級是混凝土結構設計、施工質量控制和工程驗收工作的重要依據。不同的建筑工程及建筑部位需要采用不同強度等級的混凝土，一般有一定的選用范圍和標準。

2.立方體抗壓強度

國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T 50081—2002規定，將混凝土拌和物制作邊長為150mm的立方體試件，并在標準條件（溫度為20℃±2℃，相對濕度達95％以上）下，養護到28d齡期，測得的抗壓強度值稱為混凝土立方體試件抗壓強度（簡稱立方體抗壓強度），以fcc表示。

3.混凝土的軸心抗壓強度和軸心抗拉強度

混凝土的軸心抗壓強度的測定要采用150mm×150mm×300mm棱柱體作為標準試件。軸心抗壓強度設計值以fcp表示，軸心抗壓強度標準值以fck表示。

混凝土軸心抗拉強度ft可按劈裂抗拉強度fts換算得到，換算系數可以由試驗確定。混凝土劈裂抗拉強度采用立方體劈裂抗拉試驗來進行測定，稱之為劈裂抗拉強度fts。

4.混凝土的彎曲強度

混凝土的彎曲抗拉強度試驗采用150mm×150mm×550mm的梁形試件，并按三分點加荷方式加載。由于混凝土是一種非線性的材料，因此，混凝土的彎曲抗拉強度要大于軸心抗拉強度。

1.5.3　混凝土的變形性能

1.化學變形

混凝土在硬化的過程中，由于水泥水化產物的體積小于反應物（水泥與水）的體積，結果導致混凝土在硬化時產生收縮，稱之為化學收縮。混凝土的化學收縮是不可恢復的，收縮量隨混凝土的硬化齡期的延長而逐漸增加，一般會在40d內逐漸趨向穩定。

2.干濕變形

混凝土因周圍環境濕度的變化會產生干縮濕脹變形等現象。水泥石內吸附水和毛細孔水蒸發時，會引起凝膠體緊縮和毛細孔負壓，從而促使混凝土產生收縮。當混凝土吸濕時，由于毛細孔負壓減小或消失而產生膨脹。影響混凝土干濕變形的原因有很多種。

3.溫度變形

對大體積混凝土工程來說，在凝結硬化初期，由于水泥水化放出的水化熱不易散發而聚集在內部，從而造成混凝土內外溫差很大，有時可達40℃～50℃，從而導致混凝土表面開裂。

混凝土在正常使用條件下也會隨溫度的變化而產生熱脹冷縮等變形現象。混凝土的熱膨脹系數與混凝土的組成材料及用量有關，但影響不大。混凝土的熱膨脹系數一般為（0.6～1.3）×10-5/℃。

4.荷載作用下的變形

（1）混凝土在短期荷載作用下的變形。混凝土是一種非均質材料屬于彈塑性體。在外力的作用下，既能產生彈性變形，又能產生塑性變形，即混凝土的應力與應變的關系不是直線而是曲線。混凝土的塑性變形是內部微裂紋產生、增多、擴展與匯合等共同的結果。

（2）混凝土在長期荷載作用下的變形-徐變。混凝土在長期均勻荷載作用下，沿作用力方向，隨時間而產生的塑性變形稱之為混凝土的徐變。

1.5.4　混凝土的耐久性

進入21世紀以來，混凝土的耐久性已經被工程界作為混凝土的主要性能之一予以很大的重視。

1.混凝土耐久性的概念

混凝土的耐久性指的是混凝土在使用環境下，抵抗各種物理和化學作用破壞的能力。混凝土的耐久性會直接影響結構物的安全和使用性能。耐久性主要包括抗滲性、抗凍性、化學侵蝕和堿骨料反應等。

（1）抗滲性。抗滲性指的是混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。抗滲性對混凝土的耐久性起重要作用，因為抗滲性控制著水分滲入的速率，這些水可能含有侵蝕性的化合物，同時控制混凝土受熱或受凍時水的移動。

（2）抗凍性。混凝土的抗凍性指的是混凝土在飽合水狀態下，經受多次凍融循環作用，仍然能保持強度和外觀完整性的能力。在寒冷的北方地區，尤其是在接觸水又受凍的環境下的混凝土，要求必須具有較高的抗凍性能。

（3）化學侵蝕。混凝土暴露在有化學物的環境和介質當中，有可能會遭受化學侵蝕而破壞。一般的化學侵蝕有水泥漿體組分的浸出、硫酸鹽侵蝕、氯化物侵蝕、碳化等。

（4）堿骨料反應。某些含活性組分的骨料與水泥水化析出的KOH及NaOH相互作用，對混凝土具有破壞作用。一般情況下，堿骨料反應主要有三種類型：堿-氧化硅反應、堿-碳酸鹽反應和堿-硅酸鹽反應。

2.提高混凝土耐久性的措施

提高混凝土耐久性的措施，主要包括以下幾個方面：

（1）要選用適當品種的水泥及摻和料。

（2）要適當控制混凝土的水灰比及水泥用量。

（3）長期處于潮濕和嚴寒環境中的混凝土，應該摻用引氣劑。

（4）要選用較好的砂、石骨料。

（5）并摻用加氣劑或減水劑。

（6）改善混凝土的施工操作方法。

3.混凝土孔結構對耐久性的影響

A、B兩混凝土都采用相同的水泥、砂、石，A摻用了引氣劑，并且降低了水灰比，其抗滲性優于B。

A混凝土雖然有較多氣泡，但這些氣泡是不連通的，很好地截斷了毛細管通道，從而提高了抗滲性。且其減少了水灰比，使其他部分更為致密。從而可見，改善混凝土孔結構，提高混凝土密實度，可提高混凝土抗滲性。