自考本科《交通土建工程》毕业论文
标题：关于混凝土性能的影响因素
引 言
混凝土广泛用于各种工程建设项目，是目前用量最大的建筑结构材料。混凝土是一种充满生命力的建筑材料，具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。本文论述了混凝土的定义、性能、影响性能的因素、影响性能因素的原因和解决措施等。
关键词：混凝土、性能、因素
一 混凝土的定义
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。混凝土，简称为“砼”：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（可含外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土。混凝土具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要材料。
二 混凝土的分类
1、胶凝材料
（1)无机胶凝材料混凝土，无机胶凝材料混凝土包括石灰硅质胶凝材料混醛土 (如硅酸盐混凝土)、硅酸盐水泥系混凝土 (如硅酸盐水泥、普通水泥，矿渣水泥，粉煤灰水泥、火山灰质水泥、早强水泥混凝土等). 钙铝水泥系混凝土 (如高铝水泥、纯铝酸盐水泥、喷射水泥，超速硬水泥混凝土等)、石膏混凝土、镁质水泥混凝土、硫磺混凝土、水玻璃氟硅酸钠混凝土、金属混凝土 (用金属代替水泥作胶结材料 等。
（2)有机胶凝材料混凝土。有机胶凝材料混凝土主要有沥青混凝土和聚合物水泥混凝土、树脂混凝土、聚合物浸渍混凝土等。此外，无机与有机复合的胶体材料混凝土，还可以分聚合物水泥混凝土和聚合物辑靛混凝土。
2、表观密度
混凝土按照表观密度的大小可分为：重混凝土、普通混凝土、轻质混凝土。这三种混凝土不同之处就是骨料的不同。
重混凝土是表观密度大于2500公斤立方米，用特别密实和特别重的集料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透x射线和γ射线的性能；常由重晶石和铁矿石配制而成。
普通混凝土即是我们在建筑中常用的混凝土，表观密度为1950～2500Kg立方米，主要以砂、石子为主要集料配制而成，是土木工程中最常用的混凝土品种。
轻质混凝土是表观密度小于1950公斤立方米的混凝土。它又可以分为三类：
（1）．轻集料混凝土，其表观密度在800～1950公斤立方米，轻集料包括浮石、火山渣、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀矿渣、矿渣等。
（2）．多空混凝土（泡沫混凝土、加气混凝土），其表观密度是300～1000公斤立方米。泡沫混凝土是由水泥浆或水泥砂浆与稳定的泡沫制成的。加气混凝土是由水泥、水与发气剂制成的。
（3）．大孔混凝土（普通大孔混凝土、轻骨料大孔混凝土），其组成中无细集料。普通大孔混凝土的表观密度范围为1500～1900公斤立方米，是用碎石、软石、重矿渣作集料配制的。轻骨料大孔混凝土的表观密度为500～1500公斤立方米，是用陶粒、浮石、碎砖、矿渣等作为集料配制的。
3、按定额
（1）普通混凝土。普通混凝土分为：普通半干硬性混凝土，普通泵送混凝土和水下灌注混凝土，他们每个又分为：碎石混凝土和卵石混凝土；
（2）抗冻混凝土。抗冻混凝土分为：抗冻半干硬性混凝土，抗冻泵送混凝土,他们每个又分为：碎石混凝土和卵石混凝土。
4、使用功能
结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。
5、施工工艺
离心混凝土、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、挤压混凝土、泵送混凝土等。按配筋方式分有：素(即无筋)混凝土、钢筋混凝土、钢丝网水泥、纤维混凝土、预应力混凝土等。
6、按拌合物
干硬性混凝土、 半干硬性混凝土、 塑性混凝土、流动性混凝土、高流动性混凝土、流态混凝土等。
7、按掺和料
粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、矿渣混凝土、纤维混凝土等。另外，混凝土还可按抗压强度分为：低强混凝土（抗压强度小于30MPa）、中强度混凝土（抗压强度30-60Mpa)和高强度混凝土（抗压强度大于等于60MPa）；按每立方米水泥用量又可分为：贫混凝土（水泥用量不超过170kg）和富混凝土（水泥用量不小于230kg）等。
三 混凝土的基本性能要求
1、和易性 ：
混凝土拌合物最重要的性能。它综合表示拌合物的稠度、流动性、可塑性、抗分层离析泌水的性能及易抹面性等。测定和表示拌合物和易性的方法和指标很多，中国主要采用截锥坍落筒测定的坍落度(毫米)及用维勃仪测定的维勃时间（秒），作为稠度的主要指标。
2、强度：
混凝土硬化后的最重要的力学性能，是指混凝土抵抗压、拉、弯、剪等应力的能力。水灰比、水泥品种和用量、集料的品种和用量以及搅拌、成型、养护，都直接影响混凝土的强度。混凝土按标准抗压强度(以边长为150mm的立方体为标准试件,在标准养护条件下养护28天,按照标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度)划分的强度等级,称为标号,分为C10、C15、C20、C25等。混凝土的抗拉强度仅为其抗压强度的18～113。提高混凝土抗拉、抗压强度的比值是混凝土改性的重要方面。
3、变形 ：
混凝土在荷载或温湿度作用下会产生变形，主要包括弹性变形、塑性变形、收缩和温度变形等。混凝土在短期荷载作用下的弹性变形主要用弹性模量表示。在长期荷载作用下,应力不变,应变持续增加的现象为徐变,应变不变,应力持续减少的现象为松弛。由于水泥水化、水泥石的碳化和失水等原因产生的体积变形，称为收缩。硬化混凝土的变形来自两方面：环境因素(温、湿度变化)和外加荷载因素，因此有：
（1）荷载作用下的变形
1.弹性变形
2.非弹性变形
（2）非荷载作用下的变形
1.收缩变形（干缩、自收缩）
2.膨胀变形（湿胀）
（3）复合作用下的变形
徐变
4、耐久性：
混凝土在使用过程中抵抗各种破坏因素作用的能力。混凝土耐久性的好坏，决定混凝土工程的寿命。它是混凝土的一个重要性能，因此长期以来受到人们的高度重视。
在一般情况下，混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地区，特别是在水位变化的工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冻融交替作用时，混凝土易于损坏。为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。用于不透水的工程时，要求混凝土具有良好的抗渗性和耐蚀性。抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性为混凝土耐久性。
影响混凝土耐久性的破坏作用主要有6种：
冰冻-融解循环作用：是最常见的破坏作用，以致有时人们用抗冻性来代表混凝土的耐久性。冻融循环在混凝土中产生内应力，促使裂缝发展、结构疏松，直至表层剥落或整体崩溃。
环境水的作用：包括淡水的浸溶作用、含盐水和酸性水的侵蚀作用等。其中硫酸盐、氯盐、镁盐和酸类溶液在一定条件下可产生剧烈的腐蚀作用，导致混凝土的迅速破坏。环境水作用的破坏过程可概括成为两种变化：一是减少组分，即混凝土中的某些组分直接溶解或经过分解后溶解；二是增加组分，即溶液中的某些物质进入混凝土中产生化学、物理或物理化学变化，生成新的产物。上述组分的增减导致混凝土体积的不稳定。
风化作用：包括干湿、冷热的循环作用。在温度、湿度变幅大、变化快的地区以及兼有其他破坏因素（例如盐、碱、海水、冻融等）作用时，常能加速混凝土的崩溃。中性化作用：在空气中的某些酸性气体，如Cl2、H2S和CO2在适当温、湿度条件下使混凝土中液相的碱度降低，引起某些组分的分解，并使体积发生变化。
钢筋锈蚀作用：在钢筋混凝土中，钢筋因电化学作用生锈，体积增加，胀坏混凝土保护层，结果又加速了钢筋的锈蚀，这种恶性循环使钢筋与混凝土同时受到严重的破坏，成为毁坏钢筋混凝土结构的一个最主要原因。
碱-集料反应：最常见的是水泥或水中的(碱分Na2O、K2O)和某些活性集料(如蛋白石、燧石、安山岩、方石英)中的SiO2起反应，在界面区生成碱的硅酸盐凝胶，使体积膨胀，最后能使整个混凝土建筑物崩解。这种反应又名碱-硅酸反应。此外还有碱-硅酸盐反应与碱-碳酸盐反应。
此外，有人将抵抗磨损、气蚀、冲击以至高温等作用的能力也纳入耐久性的范围。上述各种破坏作用还常因其具有循环交替和共存叠加而加剧。前者导致混凝土材料的疲劳；后者则使破坏过程加剧并复杂化而难于防治。
要提高混凝土的耐久性，必须从抵抗力和作用力两个方面入手。增加抵抗力就能抑制或延缓作用力的破坏。因此提高混凝土的强度和密实性常常有利于耐久性的改善，其中密实性尤为重要，因为孔缝常是破坏因素进入混凝土内部的途径，所以混凝土的抗渗性和抗冻性密切相关。另一方面通过改善环境以削弱作用力，也能提高混凝土的耐久性。此外，还可采用外加剂（例如引气剂之对于抗冻性等），谨慎选择水泥和集料，掺加聚合物，使用涂层材料等，来有效地改善混凝土的耐久性，延长混凝土工程的安全使用期。
耐久性是一项长期性能，而破坏过程又十分复杂。因此，要较准确地进行测试及评价，还存在着不少困难。只是采用快速模拟试验，对在一个或少数几个破坏因素作用下的一种或几种性能变化，进行对比并加以测试的方法还不够理想，评价标准也不统一，对于破坏机理及相似规律更缺少深入的研究，因此到目前为止，混凝土的耐久性还难于预测。除了试验室快速试验以外，进行长期暴露试验和工程实物的观测，从而积累长期数据，将有助于耐久性的正确评定。
5、组成材料与结构
普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、细骨料（砂）、外加剂和水拌合，经硬化而成的一种人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体。
6、主要技术性质
混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性、混凝土强度、变形及耐久性等。和易性又称工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术指标，包括流动性（稠度）、粘聚性和保水性三个主要方面。
强度是混凝土硬化后的主要力学性能，反映混凝土抵抗荷载的量化能力。混凝土强度包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗折及握裹强度。其中以抗压强度最大，抗拉强度最小。
混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。水泥用量过多，在混凝土的内部易产生化学收缩而引起微细裂缝。混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等。
四 影响混凝土性能的常见因素
作为建筑工程的主要材料，混凝土对建筑工程的质量有着重大的影响。混凝土的主要性能有：混凝土强度性能；混凝土工作性能；混凝土耐久性能；混凝土的经济性等。下面我们将对影响这四个性能的常见因素进行分析介绍。
1、影响混凝土和易性的主要因
（1）单位用水量：单位用水量是混凝土流动性的决定因素。用水量增大，流动性随之增大.但用水量大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差，易产生泌水分层离析.从而影响混凝土的匀质性、强度和耐久性。大量的实验研究明在原材料品质一定的条件下，单位用水量一旦选定.单位水泥用最增减50-100kg每立方米.混凝土的流动性基木保持不变，这一规律称为固定用水量定则。这一定则对普通混凝土的配合比设计带来极大便利，即可通过固定用水量保混凝上坍落度的同时.调整水泥用量.即调整水灰比.来满足强度和耐久性要求。
（2）浆骨比：浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比位。在混凝土凝结硬化之前，水泥浆主要赋予流动性;在混凝土凝结硬化以后，主要赋予粘结强度.在水灰比一定的前提下.浆骨比越大.即水泥浆量越大.混凝土流动性越大。通过调整浆骨比大小.既可以满足流动性要求.又能保 良好的粘聚性和保水性。浆骨比不宜太大，否则易产生流浆现象，使枯聚性下降。浆骨比也不宜太小.否则因骨料间缺少粘结体。拌合物易发生崩塌现象。因此.合理的浆骨比是混凝土拌合物和易性的良好保。
（3）水灰比：水灰比即水用觉与水泥用量之比。在水泥用量和骨料用量不变的情况下.水灰比增大.相当于单位川水量增大，水泥浆很稀，拌合物流动性也随之增大，反之亦然。川水量增大带来的负面影响是严重降低混凝土的保水性.增大泌水.同时使粘聚性也下降。但水灰比也不宜太小.否则因流动性过低影响混凝土振捣密实.易产生麻面和空洞。合理的水灰比是混凝土拌合物流动性、保水性和粘聚性的良好保。
（4）砂率：砂率指沙子站砂石总重量的百分率。
（5）水泥品种及细度：水泥品种不同时.达到相同流动性的需水量往往不同。从而影响混凝土流动性。另一方面.不同水泥品种对水的吸附作用往往不等.从而影响混凝土的保水性和粘聚性。同品种水泥越细.流动性越差.但枯聚性和保水性越好。
（6）管料的品种和粗细程度：卵石表面光滑.碎石粗糙且多棱角.因此卵石配制的混凝土流动性较好.但粘聚性和保水性则相对较差。河砂与山砂的差异与上述相似。对级配符合要求的砂石料来说，粗骨料第四章混凝土粒径越大。砂子的细度模数越大，则流动性越大.但粘聚性和保水性有所下降.特别是砂的粗细.在砂率不变的情况下.影响更加显著。
（7）外加剂：改善混凝土和易性的外加剂主要有减水剂和引气剂。它们能使混凝土在不增加用水量的条件下增加流动性.并具有良好的粘聚性和保水性。
（8）时间、气候条件：随着水泥水化和水分蒸发，混凝土的流动性将随着时间的延长而下降。气温高、湿度小、风速大将加速流动性的损失。
2．影响混凝土强度性能的常见因素
影响混凝土强度的因素很多，主要与水灰比、水泥等级、集料、养护温度和湿度等有关。我们着重介绍其中主要的两种影响因素：
（1） 水灰比-WC
一般的混凝土强度主要取决于毛细管孔隙Pc=WC-0.36a 或者胶空比X=0.68a（ 0.32+WC ），但实际上这些是微观指标，所以难以测定。从宏观上来说，密实的混凝土在任何水灰比程度下毛细管孔由水灰比确定，而由式可以看出混凝土强度和水灰比成正比，也就是水灰比越大，混凝土强度越大，所以当水灰比不变时，想通过增加水泥用量来提高混凝土强度的做法是错误的，这样做只能增加混凝土的和易性。而且根据混凝土强度水灰比定则可知，对于一定材料，混凝土强度仅取决于水灰比一个因素。因此水灰比是影响混凝土强度的一个重要因素。
（2）水泥等级
水泥对混凝土的影响取决于水泥的矿物成分及细度。水泥的强度主要来自于原材料中的早期强度和后期强度。水泥细度对混凝土强度影响很大，随着细度增加，水化速率增大，就导致较高的早期强度增长率，而混凝土的后期强度几乎没有增长。另外，在同等条件下，改变水泥的粒型和级配，同样可以改变混凝土的强度。
除了以上两个主要因素以外，还有一些不可忽视的影响因素，比如粗骨料、龄期、温度、掺合料以及缓凝剂等。
3．影响混凝土工作性能的因素
影响混凝土工作性能的因素比较多，主要有：砂、水泥特性、掺合料、环境、搅拌时间以及外加剂等。下面我们介绍其中两个比较重要的因素：
（1）砂
砂的粗细程度、细颗粒含量、含泥量、级配均严重影响高性能混凝土的工作性，质量要求比较高的混凝土采用细度模数在2.6-3.0之间的II区砂，细颗粒含量0.300mm筛以下达到15%，含泥量控制在2%以下，这些严格的指标可以保证较好的混凝土性能。而砂率将影响混凝土搅拌物的流动性、粘聚性和保水性，合理的砂率将大大提高混凝土的工作性能。所以在同等条件下，通过调整粗细砂的参配和选择合理的砂率，可以很好地提高混凝土的工作性能。
（2）搅拌时间
搅拌时间对混凝土工作性能影响很大，混凝土拌合物塌落度与时间成反比，主要是由拌合物中自由水随时间蒸发、水泥早期水化引起的。如果搅拌时间过短，外加剂没有充分的溶解和分散；但是如果搅拌时间过长，则搅拌物的自由水蒸发和水泥早期水化会影响工作性能，所以搅拌时间的把握非常重要。而且对于不同季节的搅拌时间也会有所不同，夏季搅拌时间不应低于120秒，冬季不应低于150秒。
4．影响混凝土耐久性能的因素
影响混凝土耐久性能的因素有内因和外因之分，内因比如影响钢筋锈蚀的氯离子，混凝土的碳化，用水量等；外因主要为混凝土使用的环境，比如温度、湿度等。下面我们就其中的两个因素加以详细介绍：
（1）材料因素
目前对混凝土耐久性的研究成果大多集中在材料方面，因为所有材料比如水泥品种、骨料的级配、外加剂的类型甚至是水的用量都会直接影响到混凝土的耐久性能。其中搅拌用水量和外加剂类型会影响混凝土的抗冻性能；而水泥品种直接影响混凝土的抗侵蚀性能；混凝土中氯离子的含量高会引起钢筋锈蚀，这与混凝土原材料质量有关。所以材料的选择和使用对于混凝土的耐久性能有着很重要的影响，所谓“巧妇难为无米之炊”，我们必须选择合理的材料才能给混凝土的耐久性能以基础保证。
（2）环境因素
环境因素也是影响混凝土耐久性能的一个重要因素，它是影响混凝土耐久性能的外因。我们常见的混凝土环境有大气环境、土壤环境和水域环境等。在不同的环境中，腐蚀性物质都会通过各种方式进入混泥土内部，使混凝土性能恶化，适用性和安全性都降低，这也就能解释为什么混凝土结构的破坏一般都是从混凝土劣化开始的。环境中的温度和湿度都是影响混凝土耐久性能的重要因素，而某些特殊环境中的酸、碱物质更是混凝土腐蚀破坏的主要诱因。所以给混凝土一个适应的环境，是保证其耐久性的重要条件。
从整体上来说，影响混凝土耐久性能的因素还有施工因素、设计因素，这需要整体考虑才能有效地提高混凝土耐久性能。
5．影响混凝土的经济性的因素
近年来，经历了快速的改革开放发展，我国混凝土使用量已经成为世界上用量最大的几个国家之一。混凝土的经济性已经成为一个重要的关注问题，如何在保证混凝土要求质量的情况下，尽量让其具有经济性一直是业内人士研究的方向。影响混凝土经济型的因素也比较多，比如：原材料使用类型和用量；设计方案的选用；施工方法等。下面就其中的一两个因素作一些具体分析介绍：
（1）原材料的影响
在混凝土建筑建造时，原材料花费在总费用中占有很大比重，所以合理使用材料、提高材料的使用率对于提高混凝土的经济性有着很大的影响。比如在混凝土的基本组成材料中，水泥的花费是最多的。所以，在满足对混凝土质量要求的情况下，单位体积混凝土的水泥用量越少，它的经济性越好。有时候，减少水泥用量不仅能提高经济性，而且还会带来一些技术上的优势。
（2）设计方案选用的影响
设计方案对于混凝土经济性的影响是不言而喻的，因为设计方案决定着一些原材料的使用和施工方法的进行。好的设计方案会对整个混凝土经济性有一个值的提升，比如混凝土配比设计：一般的设计不太注重经济性和配比设计之间的平衡，无法按照最优化原则进行，从而造成不必要的资源和经济浪费。所以我们必须重视设计方案对混凝土经济性的影响。
结 语
随着我国经济建设不断发展，混凝土的发展方向也越来越引人注意。 美国特纳建筑公司高级副总裁Rod Wille先生2005年在西雅图举行的美国西北混凝土协会（Northwest Concrete Alliance）代表大会上演讲指出，混凝土行业应该朝着绿色化方向发展，全美国的混凝土工作者都越来越重视墙体保温混凝土技术。混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。按预定性能设计和制作混凝土；研制轻质、高强度、多功能的混凝土新品种；利用现代新技术，大力发展新工艺、新设备；广泛利用工业废渣作原材料等，都是今后需要不断解决的课题。
参考文献
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