1.5　混凝土的主要性能

在混凝土建筑物中，由于各个部位所处的环境不同，工作条件也不相同，对混凝土性能的要求也不一样，故必须根据具体情况，采用不同性能的混凝土，达到在满足性能要求的前提下，经济效益显著的目的。

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，是否具有能使所浇筑的构件质量均匀、易于密实成型的性能。所谓和易性好，是指混凝土拌合物容易拌合，不易发生砂、石或水分离析现象，浇筑时能填满模板的各个角落，易于捣实，分布均匀，与钢筋粘结牢固，不易产生蜂窝、麻面等不良现象。和易性是一项综合的技术性质，包括有流动性、黏聚性和保水性等含义。可见，和易性是一项综合性能。

（1）流动性。流动性指混凝土拌合物在自重或机械振动作用下能产生流动，并均匀、密实地填满模板的性能。流动性的大小反映拌合物的稠稀，它影响施工难易及混凝土结构质量。

（2）黏聚性。黏聚性指混凝土拌合物中各种组成材料之间有较好的黏聚能力，在运输和浇筑过程中，不致产生分层离析，使混凝土保持整体均匀的性能。黏聚性差的拌合物中水泥浆或砂浆与石子易分离，混凝土硬化后会出现蜂窝、麻面、空洞等不密实现象，严重影响混凝土结构质量。

（3）保水性。保水性指混凝土拌合物保持水分，不易产生泌水的性能。保水性差，泌水倾向加大，振捣后拌合物中的水分泌出、上浮，使水分流经的地方形成毛细孔隙，成为渗水通道；上浮到表面的水分，形成疏松层，如上面继续浇筑混凝土，则新旧混凝土之间形成薄弱的夹层；上浮过程中积聚在石子和钢筋下面的水分，形成水隙，影响水泥浆与石子和钢筋的粘结。

2.和易性的测定

通常是指拌合物的流动性、黏聚性和保水性。

（1）保水性测定时，将混凝土拌合物按规定方法装入坍落筒内，然后将筒垂直提起，由于自重会产生坍（塌）落现象，坍落的高度称为坍落度。坍落度越大，说明流动性越好。

（2）黏聚性的检查方法，是用捣棒在已坍落的拌合物一侧轻敲，如果轻敲后拌合物保持整体，渐渐下沉，表明黏聚性好；如果拌合物突然倒塌，部分离析，表明黏聚性差。

（3）保水性的检查方法，是当坍落筒提起后如有较多稀浆从底部析出而拌合物因失浆骨料外露，说明保水性差；如无浆或有少量的稀浆析出，拌合物含浆饱满，则保水性好。

3.影响和易性的因素

（1）用水量。用水量是决定混凝土拌合物流动性的主要因素。分布在水泥浆中的水量，决定了拌合物的流动性。拌合物中，水泥浆应填充骨料颗粒间的空隙，并在骨料颗粒表面形成润滑层以降低摩擦，由此可见，为了获得要求的流动性，必须有足够的水泥浆。试验表明，当混凝土所用粗、细骨料一定时，即使水泥用量有所变动，为获得要求的流动性，所用水量基本是一定的。流动性与用水量的这一关系称为恒定用水量法则。这给混凝土配合比设计带来很大方便。

注意：增加用水量虽然可以提高流动性，但用水量过多又使拌合物的黏聚性和保水性变差，影响混凝土的强度和易性。因此，为提高混凝土拌合物的流动性，必须在保持水灰比不变情况下，在增加用水量的同时，增加水泥的用量。

（2）水胶比。水胶比决定着水泥浆的稀稠。为获得密实混凝土，所用的水胶比不宜过小；为保证拌合物有良好的黏取性和保水性，所用的水胶比又不能过大。水胶比一般在0.8～1.5。在此范围内，当混凝土中用水量一定时，水胶比的变化对流动性影响不大。

（3）砂率。砂率是指混凝土中砂的用量占砂、石总量比例。当砂率过大时，由于骨料的空隙率与总表面积增加，在水泥浆用量一定的条件下，包覆骨料的水泥浆层减薄，流动性变差；若砂率过小，砂的体积不足以填满石子的空隙，要用部分水泥浆填充，使起润滑作用的水泥浆层减薄，混凝土变得粗涩，和易性变差，出现离析、溃敞现象。而合理砂率在水泥浆量一定的情况下，使混凝土拌合物有良好的和易性，或者说，当采用合理砂率时，在混凝土拌合物有良好的和易性条件下，可使水泥用量最少。可见合理砂率，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）其他影响因素。影响和易性的其他因素有水泥品种、骨料条件、施工时的环境条件及掺加外加剂等。

1.5.2　混凝土的强度

1.混凝土强度等级

按照国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010，混凝土强度等级应该按立方体抗压强度标准值进行确定。立方体抗压强度标准值系指的是按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，采用28d龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度，以fck表示。一般普通混凝土划分为14个强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。混凝土强度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收工作的重要依据。不同的建筑工程及建筑部位需要采用不同强度等级的混凝土，一般有一定的选用范围和标准。

2.立方体抗压强度

国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081—2002规定，将混凝土拌和物制作边长为150mm的立方体试件，并在标准条件（温度为20℃±2℃，相对湿度达95％以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值称为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方体抗压强度），以fcc表示。

3.混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度

混凝土的轴心抗压强度的测定要采用150mm×150mm×300mm棱柱体作为标准试件。轴心抗压强度设计值以fcp表示，轴心抗压强度标准值以fck表示。

混凝土轴心抗拉强度ft可按劈裂抗拉强度fts换算得到，换算系数可以由试验确定。混凝土劈裂抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来进行测定，称之为劈裂抗拉强度fts。

4.混凝土的弯曲强度

混凝土的弯曲抗拉强度试验采用150mm×150mm×550mm的梁形试件，并按三分点加荷方式加载。由于混凝土是一种非线性的材料，因此，混凝土的弯曲抗拉强度要大于轴心抗拉强度。

1.5.3　混凝土的变形性能

1.化学变形

混凝土在硬化的过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水泥与水）的体积，结果导致混凝土在硬化时产生收缩，称之为化学收缩。混凝土的化学收缩是不可恢复的，收缩量随混凝土的硬化龄期的延长而逐渐增加，一般会在40d内逐渐趋向稳定。

2.干湿变形

混凝土因周围环境湿度的变化会产生干缩湿胀变形等现象。水泥石内吸附水和毛细孔水蒸发时，会引起凝胶体紧缩和毛细孔负压，从而促使混凝土产生收缩。当混凝土吸湿时，由于毛细孔负压减小或消失而产生膨胀。影响混凝土干湿变形的原因有很多种。

3.温度变形

对大体积混凝土工程来说，在凝结硬化初期，由于水泥水化放出的水化热不易散发而聚集在内部，从而造成混凝土内外温差很大，有时可达40℃～50℃，从而导致混凝土表面开裂。

混凝土在正常使用条件下也会随温度的变化而产生热胀冷缩等变形现象。混凝土的热膨胀系数与混凝土的组成材料及用量有关，但影响不大。混凝土的热膨胀系数一般为（0.6～1.3）×10-5/℃。

4.荷载作用下的变形

（1）混凝土在短期荷载作用下的变形。混凝土是一种非均质材料属于弹塑性体。在外力的作用下，既能产生弹性变形，又能产生塑性变形，即混凝土的应力与应变的关系不是直线而是曲线。混凝土的塑性变形是内部微裂纹产生、增多、扩展与汇合等共同的结果。

（2）混凝土在长期荷载作用下的变形-徐变。混凝土在长期均匀荷载作用下，沿作用力方向，随时间而产生的塑性变形称之为混凝土的徐变。

1.5.4　混凝土的耐久性

进入21世纪以来，混凝土的耐久性已经被工程界作为混凝土的主要性能之一予以很大的重视。

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环境下，抵抗各种物理和化学作用破坏的能力。混凝土的耐久性会直接影响结构物的安全和使用性能。耐久性主要包括抗渗性、抗冻性、化学侵蚀和碱骨料反应等。

（1）抗渗性。抗渗性指的是混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。抗渗性对混凝土的耐久性起重要作用，因为抗渗性控制着水分渗入的速率，这些水可能含有侵蚀性的化合物，同时控制混凝土受热或受冻时水的移动。

（2）抗冻性。混凝土的抗冻性指的是混凝土在饱合水状态下，经受多次冻融循环作用，仍然能保持强度和外观完整性的能力。在寒冷的北方地区，尤其是在接触水又受冻的环境下的混凝土，要求必须具有较高的抗冻性能。

（3）化学侵蚀。混凝土暴露在有化学物的环境和介质当中，有可能会遭受化学侵蚀而破坏。一般的化学侵蚀有水泥浆体组分的浸出、硫酸盐侵蚀、氯化物侵蚀、碳化等。

（4）碱骨料反应。某些含活性组分的骨料与水泥水化析出的KOH及NaOH相互作用，对混凝土具有破坏作用。一般情况下，碱骨料反应主要有三种类型：碱-氧化硅反应、碱-碳酸盐反应和碱-硅酸盐反应。

2.提高混凝土耐久性的措施

提高混凝土耐久性的措施，主要包括以下几个方面：

（1）要选用适当品种的水泥及掺和料。

（2）要适当控制混凝土的水灰比及水泥用量。

（3）长期处于潮湿和严寒环境中的混凝土，应该掺用引气剂。

（4）要选用较好的砂、石骨料。

（5）并掺用加气剂或减水剂。

（6）改善混凝土的施工操作方法。

3.混凝土孔结构对耐久性的影响

A、B两混凝土都采用相同的水泥、砂、石，A掺用了引气剂，并且降低了水灰比，其抗渗性优于B。

A混凝土虽然有较多气泡，但这些气泡是不连通的，很好地截断了毛细管通道，从而提高了抗渗性。且其减少了水灰比，使其他部分更为致密。从而可见，改善混凝土孔结构，提高混凝土密实度，可提高混凝土抗渗性。