第四章掺减水剂与不含减水剂混凝土试块抗压试验
研究
4.1透水混凝土抗压强度论述
混凝土质量的主要指标之一是抗压强度，从混凝土强度表达式不难看出，混凝土抗压强度与混凝土用水泥的强度成正比，按公式计算，当水灰比相等时，高标号水泥比低标号水泥配制出的混凝土抗压强度高许多。一般来说，水灰比与混凝土强度成反比，水灰比不变时，用增加水泥用量来提高混凝土强度是错误的，此时只能增大混凝土和易性，增大混凝土的收缩和变形。
所以说，影响混凝土抗压强度的主要因素是水泥强度和水灰比以及减水剂。要控制好混凝土质量，最重要的是控制好水泥质量和混凝土的水灰比两个主要环节。此外，影响混凝土强度还有其它不可忽视的因素。
粗骨料对混凝土强度也有一定影响，所以，工程开工时，首先由技术负责人现场确定粗骨料，当石质强度相等时，碎石表面比卵石表面粗糙，它与水泥砂浆的粘结性比卵石强，当水灰比相等或配合比相同时，两种材料配制的混凝土，碎石的混凝土强度比卵石高。
因此我们一般对混凝土的粗骨料粒径控制与不同的工程部位相适应；细骨料品种对混凝土强度影响程度比粗骨料小，但砂的质量对混凝土质量也有一定的影响，施工中，严格控制砂的含泥量在3%以内，因此，砂石质量必须符合混凝土各标号用砂石质量标准的要求。
由于施工现场砂石质量变化相对较大，因此现场施工人员必须保证砂石的质量要求，并根据现场砂石含水率及时调整水灰比，以保证混凝土配合比，不能把实验配比与施工配比混为一谈。
同时，混凝土质量又与外加剂的种类、掺入量、掺入方式有密切的关系，它也是影响混凝土强度的重要因素之一。混凝土强度只有在温度、湿度适合条件下才能保证正常发展，应按施工规范的规定予以养护。气温高低对混凝土强度发展有一定的影响。夏季要防暴晒，充分利用早、晚气温高低的时间浇筑混凝土；尽量缩短运输和浇筑时间，防止暴晒，并增大拌合物出罐时的塌落度；养护时不宜间断浇水，因为混凝土表面在干燥时温度升高，在浇水时冷却，这种冷热交替作用会使混凝土强度和抗裂性降低。冬季要保温防冻害，现冬季施工一般采取综合蓄热法及蒸养法。
4.2透水混凝土抗压强度的影响因素
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由于透水混凝土特有的骨架孔隙结构，使水泥浆体对骨料的黏结面积减少，骨料间的接触点减少，混凝土内部总的黏结力和机械咬合力均有所降低。为了改善透水混凝土的力学性能，国内外的研究学者对此做了大量的研究工作。 同济大学的蒋正武等人研究指出：骨料粒径与级配、水灰比是影响透水混凝土孔隙率、透水系数与抗压强度的关键因素；减水剂、硅灰及聚合物乳液等外加剂可以很好的改善透水混凝土的性能。首先，随着小粒径骨料比例的增加，骨料压碎值的增大，透水混凝土的抗折、抗压强度均有一定程度的增长，但小粒径骨料过多会使透水系数下降而影响其排水性能，因此对于特定性能的透水混凝土应选择合适种类的骨料和粒径。其次，水灰比也是影响混凝土强度的一个重要因素。当水灰比过高时，流动性变大，骨料表面水泥浆厚度变薄、造成骨料间黏结强度下降从而使透水水泥混凝土强度降低；当水灰比过小时，虽然骨料表面的水泥浆体厚度增加、强度提高，但会造成混凝土成型困难、 压实度不够。因此在配制透水混凝土时需要根据材料组成、性能要求等确定最佳水灰比。
此外，透水混凝土的力学性能还受成型方式、压力大小、养护方法的影响。试验结果表明：不同成型方式对透水混凝土强度、透水系数和孔隙率影响不同。手工插捣成型的试块上下层较均匀，但堆积松散；机械振捣成型的试块堆积紧密，但浆体容易在下部沉积。综合对比发现，应用手工插捣和振捣相结合得方法能使其强度和排水性均达到理想效果。
4.2.1水灰比对抗压强度的影响
水泥强度和水灰比是影响混凝土抗压强度的主要因素，因为混凝土抗压强度主要取决于水泥凝胶与骨料间的粘结力。水泥强度高、水灰比小，则混凝土抗压强度高；水灰比大、用水量多，则混凝土密实度差，抗压强度低。因为水泥水化时，需要的结合水大约为水泥用量的20—25%，为了满足施工时的流动性，要多加40—75%的水，这些多余的游离水，在水泥硬化时逐渐蒸发，在混凝土中留下许多微小的孔洞，因此使混凝土密实度差、抗压强度降低。
4.2.2粗集料对抗压强度的影响
（1）粗集料级配方式对混凝土抗压强度的影响：通过粗集料级配方式对混凝土抗压强度的影响实验数据可以发现，在高强混凝土发展早期，连续级配与混凝土抗压强度之间并没有明显的差异，当龄期超过一个星期后，由于缺少中间颗粒，相比连续级配形式单粒级配的粘结面积缩小，在基体强度上升到一定水平后，混凝土受重力影响会向下沉，使其均匀性受到影响，强度的弱势就会逐渐显现，两者的强度差距开始加大；在中强混凝土中，连续级配和单粒级配的拌合物流动性基本持平，但连续级配的和易性却明显高于单粒级配，在早期就可以显现，而且会随着龄期的延长而加大，这不仅是因为单粒集料下沉导致混凝土均匀性变差而造成的，而且中强混凝土在成型养护的过程中会产生较大的泌水量，这会在直径较大的颗粒集料表面形成水膜，使两种混凝土的抗压强度产生明显差异；在低强混凝土中，由于所含的水分明显减少，单粒级配的成型过程难度较大，但两种级配的混凝土在抗压强度方面并未有明显的差异，虽然连续级配混凝土在后期会稍许高于单粒级，但通常忽略不计。
（2）粗集料颗粒形貌对混凝土抗压强度的影响：在超高强混凝土中，摩擦力较大的破碎卵石会使混凝土的流动性下降，所以其混凝土的抗压强度要明显高于光滑卵石混凝土，而且这种差异会随着龄期的延长而持续扩大，粗集料的形貌
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对高强混凝土的强度具有直接的影响；而在高强混凝土中，由于水泥基体在前期和后期的强度会发生明显的变化，而破碎卵石由于破碎后面积增加，与水泥基体的接触面积也会随之增加，所以其强度差异在后期会比前期更大，但通过实验数据发现，在破碎卵石混凝土自身强度检测中，不同时间段，其强度并未发生明显的改变，也就是说龄期自身变化并不会直接影响集料形貌对混凝土的作用，这种结论在光滑卵石的实验中同样可以证实；在中强混凝土中，可以发现当水灰比确定在0.5时，破碎卵石和光滑卵石混凝土的抗压强度差异最为明显，当水灰比超出0.5并保持增长时，两种混凝土的抗压强度将会缩小，集料形貌的影响程度变小，而在此过程中混凝土自身的龄期变动并不会产生大的变化；在低强混凝土中，受水泥基体影响，两种集料形貌混凝土抗压强度并无明显差异。
（3）粗集料体积率对混凝土抗压强度的影响：当以水灰比为定量时，由于高强混凝土中集料和水泥基体的强度差异要明显低于普通的混凝土，所以当体积发生变化时，对混凝土整体的强度并不会产生大幅度的波动，所以粗集料的体积率对高强度混凝土的影响要明显低于普通混凝土，而水泥基体的强度要高于粗集料，所以当粗料体积率降低时混凝土的强度反而会增加，即粗集料的体积率与混凝土的强度成反比；当以水泥用量为定量时，在高强混凝土中，由于水泥量一定，其中含有的砂子被水泥包裹的状态会受到影响，使混凝土中所含的空隙数量增多，集料体积率的增加会使混凝土抗压强度增大；而在中强混凝土中，由于其含有的砂子增多，内部会形成大量的空隙，基体整体的强度都会下降，集料的强度不能对混凝土强度起到明显的作用；低强混凝土和中强混凝土同理，所以粗集料的体积率对其不能产生明显的影响。
（4）相同粗集料在不同基体条件下对混凝土强度的影响：把集料、碎石、陶粒混凝土集料分别被处于不同基体中，观察混凝土抗压强度的变化实验，可以发现，随着混凝土龄期的增加，钢集料混凝土的比强度差距会逐渐缩小，当龄期达到三天时比强度差距可以忽略，而龄期达到91天时，基体强度和比强度呈现出反比例关系，高强混凝土抗压强度要明显高于中强和低强级别。在碎石集料实验中，高强混凝土中的碎石集料在水泥基体强度逐渐提升的过程中会转变成为混凝土中的软弱成分，不仅不能再提升混凝土的抗压强度，反而会成为混凝土整体中的薄弱点，而中强混凝土，由于其荷载程度在碎石的可承受范围内，所以其混凝土的强度仍有上升空间，而低强混凝土中含有的水泥成分少，使碎石的添加受限；在陶粒集料实验中，由于陶粒属于软弱集料，当水泥基体与集料的强度基本持平时，通过改善基体强度而提升混凝土的抗压强度效果并不明显，而两者都有上升空间或存在一定强度差异时，其可以通过水泥基体的增加，使混凝土强度得到提升。
（5）不同粗集料强度在相同基体条件下对混凝土强度的影响：混凝土可划分为高强混凝土、中强混凝土和低强混凝土等多个等级，而每个等级由于结构存在差异，导致其力学行为不同，在研究集料强度对混凝土不同龄期的抗压强度的影响实验中，利用绝对体积法确定配合比，使各级混凝土中含有的集料体积固定，与此同时保证集料的外形、最大颗粒、级配等性能处于基本相同的状态，此情况中混凝土强度的差异将主要受粗集料的强度决定，选择水泥、河砂、粗集料、外加剂和水五种强度差异明显的集料分别在钢集料、碎石、砂浆、陶粒、加气砼和无集料基体中试验。实验中发现，在配合比用水量一致的前提下，混凝土的性能仍存在差异，钢集料混凝土在重力作用下有较大可能坍落，而陶粒和加气混凝土坍落的可能性相对较小，钢集料的强度明显高于其他集料，而其配置的混凝土抗
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压强度也最高，但不同龄期的混凝土其增长的幅度有限，由此可见在高强基体条件下，混凝土的抗压强度会与粗集料的强度呈正比例关系，但在抗压强度提升至一定范围将终止，当混凝土中粗集料的强度非常不理想时，其只要稍许提升强度就可以推动混凝土的抗压强度大幅提升，而粗集料的强度超出高强度混凝土时，混凝土的龄期将不再影响混凝土的抗压强度，其变化非常不明显；在中强度混凝土中，当集料强度低于基体强度时，同样提升集料强度可改善基体强度，但基体强度过低，就不可能达到改善混凝土抗压强度的目的；在低强混凝土中，与前两种级别中表现一致，由此可见，粗集料与基体强度差异过高，会导致其刚度差异加大，对混凝土进行水化硬化，集料通常保持不变形，而基体却进行干缩湿胀变化，那么接触区会生成一定的附加内应力，在荷载作用下，会导致混凝土强度降低。
4.2.3温度和湿度的影响
温度升高，水泥水化加快，混凝土强度增长加快。当温度降至冰点以下时，混凝土的强度停止发展，水分结冰膨胀（水结冰体积可膨胀约9％），使混凝土内部结构遭到破坏，已经获得的强度（如果在结冰前，混凝土已经不同程度地硬化的话）受到损失。气温忽高忽底反复冻融时，混凝土内部的微裂缝逐渐增长、扩大，使混凝土强度逐渐降低，表面出现剥落，甚至混凝土完全崩溃。 湿度适当时，水泥水化进行顺利，混凝土强度增长较快。如果湿度不够，可能停止水化。使混凝土结构疏松，渗水性增大或形成干缩裂缝，影响耐久性。
4.2.4减水剂对抗压强度的影响
混凝土中掺入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子层吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附，使水泥胶粒表面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥－水体系处于相对稳定的悬浮状态，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝结构内的水释放出来，达到减水的目的。减水剂加入后，不仅可以使新拌混凝土的和易性改善，而且由于混凝土中水灰比有较大幅度的下降，使水泥石内部孔隙体积明显减少，水泥石更为致密，混凝土的抗压强度显著提高。
4.2.5龄期的影响
混凝土在正常养护条件下，其强度将随着龄期的增加而提高，最初7d～14d内强度增长较快，28d以后增长缓慢。
4.3立方体抗压试验及结果分析
4.3.1试验方法
1.目的、适用范围和引用标准
本方法规定了测定水泥混凝土抗压极限强度的方法和步骤。本方法可用于确定水泥混凝土的强度等级，作为评定水泥混凝土品质的主要指标。试块尺寸为100×100×100，本方法适于各类水泥混凝土立方体试件的极限抗压强度试验。 引用标准：
GB/ T 2611—1992《试验机通用技术要求》
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GB/ T 3722—1992《液压式压力试验机》
T0551—2005《水泥混凝土试件制作与硬化水泥混凝土现场取样方法》 2.仪器设备
(1)压力机或万能试验机：应符合T0551中2.3的规定，如图2所示。 (2)球座：应符合T0551的2.4规定。 (3)混凝土强度等级大于等于C60时，试验机上、下压板之间应各垫一钢垫板，平面尺寸应不小于试件的承压面，其厚度至少为25mm。钢垫板应机械加工，其平面度允许偏差±0.04mm，表面硬度大于等于55HRC；硬化层厚度约5mm。试件周围应设置防崩裂网罩。 3.试件制备和养护
（1）试件制备和养护应符合T0551中相关规定。
（2）混凝土抗压强度试件尺寸符合T 0551中表T0551-1规定。 （3）集料公称最大粒径符合T0551中表T0551-1规定。
（4）混凝土抗压强度试件应同龄期者为一组，每组为3个同条件制作和养护的混凝土试块。 4.试验步骤
（1） 至试验龄期时，自养护室取出试件，应尽快试验，避免其湿度变化。 （2）取出试件，检查其尺寸及形状，相对两面应平行。量出棱边长度，精确至lmm。试件受力截面积按其与压力机上下接触面的平均值计算。在破型前，保持试件原有湿度，在试验时擦干试件。
（3）以成型时侧面为上下受压面，试件中心应与压力机几何对中。
（4）强度等级小于C30的混凝土取0.3MPa/s~0.5MPa/s的加荷速度；强度等级大于 C30小于C60时，则取0.5MPa/ s~0.8MPa/s的加荷速度；强度等级大于C60的混凝土取0.8MPa/s~1.0MPa/s的加荷速度。当试件接近破坏而开始迅速变形时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，记下破坏极限荷载F(N)。 （5）施工注意事项
由于透水的松堆密度小和多孔结构吸水的特性，使其配制的混 凝土拌和物的性质呈现某些特点，在施工甲必须加以注意才能保证工程质量。
（1）透水的储存和运输应尽量保持其颗粒混合均匀，避免大小分离。因为不同粒径的透水其颗粒松堆妻譬、吸水率和强度等都不相同，对混凝土的和易性、强度和堆密度都会有影响。因此，工程实践证明对透水进行预湿处理是比较适宜的，尤其是对于吸水率大于(#$的透水或搅拌至浇灌时间间隔较长的场合。 （2）搅拌透水混凝土时，加水的方式有一次加水和二次加水两种：
⒈若透水吸水速度较快，或采用预湿骨料时，则可将水泥、骨料和全部水一次加入搅拌机内。
⒉如采用干燥骨料，其吸水速度又较慢时，则宜分二次加水，即先将粗透水和二分之一或三分之一拌和水加入，其目的为了预湿骨料，搅拌后接着将水泥、砂和剩余水加入搅拌机内搅拌。若掺外加剂，宜在骨料预湿润后加入，否则将易被透水吸收而降低其效果。
（3）透水混凝土，尤其是全透水混凝土，不宜采用自落式搅拌机搅拌，因为透水混凝土堆密度小，靠自落效果不佳，尤其是搅拌全透水混凝土时，机筒内壁上会粘附相当数量的水泥砂浆，影响透水混凝土配合比的准确性。因此，宜选用强制式搅拌机为宜，而且总搅拌时间一般不得小于3min，从搅拌机卸出后至浇灌成型的时间，不宜超过45min。
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