4.3 水泥混凝土的主要技术性质

普通水泥混凝土的主要技术性质包括新拌混凝土的工作性以及硬化后混凝土的力学性能和耐久性。

4.3.1 新拌水泥混凝土的和易性

将粗集料、细集料、水泥和水等组分按适当比例配合，并经均匀搅拌而成且尚未凝结硬化的混合材料称为混凝土拌和物。新拌水泥混凝土是不同粒径的矿质集料粒子的分散相在水泥浆体的分散介质中的一种复杂分散体系，它具有弹、黏、塑性质。目前在生产实践中，一般主要用和易性来表示混凝土的特性。

1.和易性的含义

和易性通常包括流动性、黏聚性和保水性三方面的含义。优质的新拌混凝土应该具备：满足输送和浇捣要求的流动性；外力作用下不产生脆断的可塑性；不产生分层、泌水的稳定性；易于浇捣致密的密实性。

（1）流动性。是指新拌混凝土在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模板、包围钢筋的性能。流动性的大小，在外观上表现为新拌混凝土的稀稠，直接影响其浇捣施工的难易和成型的质量。若新拌混凝土太干稠，则难以成型与捣实，且容易造成内部或表面孔洞等缺陷；若新拌混凝土过稀，经振捣后易出现水泥浆和水上浮而石子等颗粒下沉的分层离析现象，影响混凝土的质量均匀性。

（2）黏聚性。是指混凝土拌和物各组成部分之间有一定的黏聚力，使得混凝土保持整体均匀完整的性能，在运输和浇筑过程中不会产生分层、离析现象。若混凝土拌和物黏聚性差，则会影响混凝土的成型和浇筑质量，造成混凝土的强度与耐久性下降。

（3）保水性。是指混凝土拌和物具有一定的保持水分的能力，不易产生泌水的性能。保水性差的拌和物在浇筑过程中由于部分水分从混凝土内析出，形成渗水通道；浮在表面的水分使混凝土上、下浇筑层之间形成薄弱的夹层；部分水分还会停留在石子及钢筋的下面形成水隙，一方面会降低水泥浆与石子之间的胶结力，另一方面还会加快钢筋的腐蚀。这些都将影响混凝土的密实性，从而降低混凝土的强度和耐久性。

和易性好的新拌混凝土，易于搅拌均匀；运输和浇筑中不易产生分层离析和泌水现象；捣实时，因流动性好，易于充满模板各部分，容易振捣密实；所制成的混凝土内部质地均匀致密，强度和耐久性均能保证。因此，和易性是混凝土的重要性质之一。

2.新拌混凝土和易性的测定及评定方法

到目前为止，国际上还没有一种能够全面表征新拌混凝土和易性的测定方法，按《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2002）的规定，混凝土拌和物的稠度试验方法有坍落度法与维勃稠度法。

（1）坍落度试验。坍落度的测定是将混凝土拌和物按规定的方法装入标准截头圆锥筒内，将筒垂直提起后，拌和物在自身质量作用下会产生坍落现象，如图4.2所示，坍落的高度（以mm计）称为坍落度。坍落度越大，表明流动性越大。按坍落度大小将混凝土拌和物分为干硬性混凝土（坍落度小于10mm）、塑性混凝土（坍落度为10～100mm）、流动性混凝土（坍落度为100～150mm）、大流动性混凝土（坍落度不小于160mm）。

图4.2 坍落度示意图

本方法适用于集料最大粒径不大于31.5mm、坍落度为10～100mm的塑性混凝土拌和物稠度测定；进行坍落度试验同时，应观察混凝土拌和物的黏聚性、保水性和含砂情况等，以便综合地评价新拌混凝土的工作性。黏聚性的检查方法是用捣棒在已坍落的拌和物锥体一侧轻打，若轻打时锥体渐渐下沉，表示黏聚性良好；如果锥体突然倒塌、部分崩裂或发生石子离析，则表示黏聚性不好。保水性以混凝土拌和物中稀浆析出的程度评定，提起坍落度筒后，如有较多稀浆从底部析出，拌和物锥体因失浆而集料外露，表示拌和物的保水性不好；如提起坍落筒后，无稀浆析出或仅有少量稀浆的底部析出，则表示混凝土拌和物保水性良好。

图4.3 维勃稠度仪

（2）维勃稠度试验。对于集料公称最大粒径不大于31.5mm的混凝土及维勃时间在5～30s之间的干稠性混凝土，可采用维勃稠度仪测定稠度。将混凝土拌和物按标准方法装入维勃稠度仪容量桶的坍落度筒内；缓慢垂直提起坍落度筒，将透明圆盘置于拌和物锥体顶面；启动振动台，用秒表测出拌和物受振摊平、振实、透明圆盘的底面完全为水泥浆布满所经历的时间（以s计），即为维勃稠度，也称工作度，如图4.3所示。维勃稠度代表拌和物振实所需的能量，时间越短，表明拌和物越易被振实。它能较好地反映混凝土拌和物在振动作用下便于施工的性能。

3.影响混凝土和易性的主要因素

（1）水泥浆含量的影响。在水灰比保持不变的情况下，单位体积混凝土内水泥浆含量越多，拌和物的流动性越大；但若水泥浆过多，集料不能将水泥浆很好地保持在拌和物内，混凝土拌和物将会出现流浆、泌水现象，使拌和物的黏聚性及保水性变差，这不仅增加水泥用量，而且还会对混凝土强度及耐久性产生不利影响。若水泥浆过少，则无法很好地包裹集料表面及填充集料间的空隙，使得流动性变差。因此，混凝土内水泥浆的含量，以使混凝土拌和物达到要求的流动性为准，不应任意加大，同时应保证黏聚性和保水性符合要求。

（2）水泥浆稀稠的影响。在水泥品种一定的条件下，水泥浆的稀稠取决于水灰比的大小。当水灰比较小时，水泥浆较稠，拌和物的黏聚性较好，泌水较少，但流动性较小；相反，水灰比较大时，拌和物流动性较大但黏聚性较差，泌水较多。当水灰比小至某一极限值以下时，拌和物过于干稠，在一般施工方法下混凝土不能被浇筑密实；当水灰比大于某一极限值时，拌和物将产生严重的离析、泌水现象，影响混凝土质量。因此，为了使混凝土拌和物能够成型密实，所采用的水灰比值不能过小，为了保证混凝土拌和物黏聚性良好，所采用的水灰比值又不能过大。普通混凝土常用水灰比一般在0.40～0.75范围内。

（3）砂率的影响。砂率是指砂的质量占砂、石总质量的百分数。混凝土中的砂浆应包裹石子颗粒并填满石子空隙。砂率过小，砂浆量不足，不能在石子周围形成足够的砂浆润滑层，将降低拌和物的流动性。更主要的是严重影响混凝土拌和物的黏聚性及保水性，使石子分离、水泥浆流失，甚至出现溃散现象。砂率过大，石子含量相对过少，集料的空隙及总表面积都较大，在水灰比及水泥用量一定的条件下，混凝土拌和物显得干稠，流动性显著降低，如图4.4所示；在保持混凝土流动性不变的条件下，会使混凝土的水泥浆用量显著增大，如图4.5所示。因此，混凝土砂率不能过小，也不能过大，应取合理砂率。合理砂率是在水灰比及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌和物保持良好的黏聚性和保水性并获得最大流动性的砂率。也即在水灰比一定的条件下，当混凝土拌和物达到要求的流动性，而且具有良好的黏聚性及保水性时，水泥用量最少的砂率，即最佳含砂率。

图4.4 砂率与坍落度的关系曲线

图4.5 砂率与水泥用量的关系曲线

（4）其他因素的影响。除上述影响因素外，拌和物的和易性还受水泥品种、掺合料品种及掺量、集料种类、粒形及级配、混凝土外加剂以及混凝土搅拌工艺和环境温度等条件的影响。

水泥需水量大者，拌和物流动性较小，使用矿渣水泥时，混凝土保水性较差。使用火山灰水泥时，混凝土黏聚性较好，但流动性较小。

掺合料的品质及掺量对拌和物的和易性有很大影响，当掺入优质粉煤灰时，可改善拌和物的和易性；掺入质量较差的粉煤灰时，往往使拌和物流动性降低。

粗集料的颗粒较大、粒形较圆、表面光滑、级配较好时，拌和物流动性较大。使用粗砂时，拌和物黏聚性及保水性较差；使用细砂及特细砂时，混凝土流动性较小。混凝土中掺入某些外加剂，可显著改善拌和物的和易性。

拌和物的流动性还受气温高低、搅拌工艺以及搅拌后拌和物停置时间的长短等施工条件影响。对于掺用外加剂及掺合料的混凝土，这些施工因素的影响更为显著。

4.混凝土拌和物和易性的选择

工程中选择新拌混凝土和易性时，应根据施工方法、结构构件断面尺寸、配筋疏密等条件，并参考有关资料及经验等确定。对结构构件断面尺寸较小、配筋复杂的构件，或采用人工插捣时，应选择坍落度较大的混凝土拌和物；反之，对无筋厚大结构、钢筋配置稀疏易于施工的结构，尽可能选择坍落度较小的混凝土拌和物，以降低水泥浆用量。根据GB 50204—2002的规定，混凝土浇筑时的坍落度，宜参照表4.11选用。

正确选择新拌混凝土的坍落度，对于保证混凝土的施工质量及节约水泥具有重要意义。在选择坍落度时，原则上应在不妨碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可能采用较小的坍落度，以节约水泥并获得质量较好的混凝土。

4.3.2 硬化混凝土的强度

强度是混凝土硬化后的主要力学性质，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）的规定，混凝土的强度有立方体抗压强度、轴心抗压强度、圆柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度等，其中以混凝土的抗压强度最大，抗拉强度最小。

1.混凝土的抗压强度标准值与强度等级

（1）立方体抗压强度f_cu。按照GB/T 50081—2002，制作边长为150mm的立方体试件，在标准养护（温度20℃±2℃、相对湿度95%以上）条件下，养护至28d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度值，称为混凝土标准立方体抗压强度。

式中 f_cu——立方体抗压强度，MPa；

F——试件破坏荷载，N；

A——试件承压面积，mm²。

以三个试件为一组，取三个试件强度的算术平均值作为每组试件的强度代表值。如按非标准尺寸试件测得的立方体抗压强度，应乘以换算系数（表4.12），折算后的强度值作为标准试件的立方体抗压强度。

（2）立方体抗压强度标准值f_cu，k。按《混凝土结构设计规程》（GB 50010—2010）的规定，按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法检测其抗压强度，在抗压强度总体分布中，具有95%强度保证率的立方体试件抗压强度，称为混凝土立方体抗压强度标准值，以MPa计。

（3）强度等级。混凝土强度等级是根据其立方体抗压强度标准值来确定的。强度等级用符号“C”和“立方体抗压强度标准值”表示。如“C20”表示混凝土立方体抗压强度标准值为f_cu，k=20MPa。

GB 50010—2002规定，普通混凝土立方体抗压强度标准值分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个等级。

2.混凝土的轴心抗压强度f_cp

确定混凝土强度等级时采用的是立方体试件，但实际工程中钢筋混凝土结构型式大部分是棱柱体和圆柱体形。为使测得的混凝土强度接近混凝土结构的实际情况，在钢筋混凝土的结构计算中，计算轴心受压构件时，都是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据。

按棱柱体抗压强度的标准试验方法规定，采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为标准试件来测定轴心抗压强度。

式中 f_cp——混凝土的轴心抗压强度，MPa；

F——试件破坏荷载，N；

A——试件承压面积，mm²。

3.混凝土的劈裂抗拉强度f_ts

混凝土在直接受拉时，很小的变形就会开裂，且断裂时没有残余变形，是一种脆性破坏。混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/20～1/10，且随着混凝土抗压强度的提高，比值有所下降。因此，混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度，但抗拉强度对于防止开裂具有重要的意义。在结构设计中，抗拉强度是确定混凝土抗裂度指标的重要依据。混凝土的劈裂抗拉强度按式（4.4）计算：

式中 f_ts——混凝土立方体试件劈裂抗拉强度，MPa；

F——试件破坏荷载，N；

A——试件劈裂面面积，mm²。

4.影响混凝土强度的主要因素

影响混凝土抗压强度的因素很多，包括原材料的质量、材料用量之间的比例关系、施工方法（拌和、运输、浇筑、养护）以及试验条件（龄期、试件形状与尺寸、试验方法、温度及湿度）等。

（1）材料组成对混凝土强度的影响：

1）胶凝材料强度等级和水胶比。胶凝材料是混凝土中的活性组成，其强度的大小直接影响着混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的胶凝材料强度等级越高，配制的混凝土强度也越高。这是因为胶凝材料水化时所需的化学结合水，一般只占水泥质量的23%左右，但在实际拌制混凝土时，为了获得必要的流动性，常需要加入较多的水（占胶凝材料质量的40%～70%）。多余的水分残留在混凝土中形成水泡，蒸发后形成气孔，使混凝土密实度降低，强度下降。因此，当采用同种胶凝材料（品种与强度等级相同）及矿物掺合料时，混凝土强度随着水胶比的增大而降低。

根据混凝土试验研究和工程实践经验，水泥的强度、水灰比、混凝土强度之间的线性关系可用以下经验公式（强度公式）表示：

以上式中 f_cu——混凝土28d立方体抗压强度，MPa；

——混凝土的水胶比；

α_a、α_b——回归系数，根据工程所使用的原材料，通过试验建立的水胶比与混凝土强度关系式来确定；当不具备试验统计资料时，可按表4.13选用；

f_b——胶凝材料28d胶砂抗压强度，MPa，可实测，无实测值时，也可按式（4.6）计算；

γ_f、γ_s——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按表4.14选用；

f_ce——水泥28d胶砂抗压强度，可实测，无实测值时，也可按式（4.7）计算；

γ_c——水泥强度等级值的富余系数，可按实际统计资料确定；当缺乏实际统计资料时，可按表4.15选用；

f_{ce ， g} ——水泥强度等级值，MPa。

2）集料的种类与级配。集料中有害杂质过多且品质低劣时，将降低混凝土的强度。碎石表面粗糙有棱角，则与水泥石黏结力较大；卵石表面光滑浑圆，则与水泥石黏结力较小。因此，在配合比相同的条件下，碎石混凝土比卵石混凝土的强度高。集料级配好、砂率适当，能组成密实的骨架，混凝土强度也较高。

（2）养护温度与湿度。混凝土拌和物浇筑成型后，必须保持适当的温度与湿度，使水泥充分水化，以保证混凝土强度不断提高。

所处的环境温度对混凝土的强度影响很大。混凝土的硬化，在于水泥的水化作用，周围温度升高，水泥水化速度加快，混凝土强度发展也就加快。反之，温度降低时，水泥水化速度降低，混凝土强度发展将相应迟缓。当温度降至冰点以下时，混凝土的强度停止发展，并且由于孔隙内水分结冰而引起膨胀，使混凝土的内部结构遭受破坏。混凝土早期强度低，更容易冻坏。所处的环境湿度适当时，水泥水化能顺利进行，混凝土强度得到充分发展。如果湿度不够，会影响水泥水化作用的正常进行，甚至停止水化。这不仅严重降低混凝土的强度，而且水化作用未能完成，使混凝土结构疏松，渗水性增大或形成干缩裂缝，从而影响其耐久性。

因此，混凝土成型后一定时间内必须保持周围环境有一定的温度和湿度，使水泥充分水化，以保证获得较好质量的混凝土。

（3）龄期。混凝土在正常养护条件下，其强度将随着龄期的增长而增长。最初7～14d内，强度增长较快，28d达到设计强度，以后增长缓慢，但若保持足够的温度和湿度，强度的增长将延续几十年。普通水泥制成的混凝土，在标准条件下，混凝土强度的发展大致与其龄期的对数成正比关系（龄期不小于3d），即

式中 f_cu，n——n（n≥3）d龄期混凝土的抗压强度，MPa；

f ₂₈——28d龄期混凝土的抗压强度，MPa。

（4）施工工艺。混凝土的施工工艺包括配料、拌和、运输、浇筑、振捣、养护等工序，每一道工序对其质量都有影响。若配料不准确、搅拌不均匀、拌和物运输过程中产生离析、振捣不密实、养护不充分等均会降低混凝土强度。因此，在施工过程中，一定要严格遵守施工规范，确保混凝土的强度。

（5）试验条件对混凝土强度的影响。相同材料组成、制备条件和养护条件制成的混凝土试件，其力学强度取决于试验条件。影响混凝土力学强度的试验条件主要有试件形状与尺寸、试件表面状态与含水程度、试件温度、支撑条件和加载方式等。

5.提高混凝土强度的措施

（1）采用高强度等级水泥和早强型水泥。为了提高混凝土强度可采用高强度等级水泥，对于紧急抢修工程、桥梁拼装接头、严寒条件下的施工以及其他要求早期强度高的结构物，则可优先选用早强型水泥配制混凝土。

（2）采用低水胶比和浆集比。采用低水胶比混凝土拌和物，可以减少混凝土中的游离水，从而减少混凝土中的孔隙，提高混凝土的密实度和强度。降低浆集比，减小水泥浆层的厚度，充分发挥集料的骨架作用，对提高混凝土的强度也有一定的作用。

（3）采用蒸汽养护和蒸压养护。蒸汽养护是将混凝土放在低于100℃的常压蒸汽中养护，一般混凝土经过16～20h蒸汽养护后，其强度可达正常养护条件下养护28d强度的70%～80%。蒸汽养护最适宜的温度随水泥的品种而异。用普通水泥时，最适宜的养护温度为80℃左右，而采用矿渣和火山灰水泥时，则为90℃左右。

蒸压养护是将浇筑完的混凝土构件静停8～10h后，放入蒸压釜内，通入高压（不小于8个大气压）、高温（不低于175℃）饱和蒸汽中进行养护。在高温高压蒸汽下，水泥水化时析出的氢氧化钙不仅能充分与活性的氧化硅结合，且能与结晶状态的氧化硅结合而生成含水硅酸盐结晶，从而加速水泥的水化与硬化，提高混凝土的强度。

（4）采用机械搅拌和机械振捣。混凝土拌和物在强力搅拌和振捣作用下，水泥浆的凝聚结构暂时受到破坏，从而降低了水泥浆的黏度及集料间的摩擦阻力，使拌和物能更好地充满模型并填充均匀密实，使混凝土的强度得到提高。

（5）掺加外加剂。在混凝土中掺加早强剂，可提高混凝土的早期强度；掺加减水剂，可在不改变混凝土流动性的条件下减小水灰比，从而提高混凝土的强度。

4.3.3 硬化后混凝土的变形特征

混凝土在硬化后和使用过程中，受各种因素影响而产生变形，包括在非荷载作用下的化学变形、干湿变形、温度变形以及荷载作用下的弹-塑性变形和徐变。这些变形是使混凝土产生裂缝的重要原因之一，直接影响混凝土的强度和耐久性。下面主要介绍非荷载作用变形。

（1）化学收缩（水化收缩）变形。混凝土在硬化过程中，水泥水化产物的体积小于水化前反应物的体积，致使混凝土产生收缩，这种收缩称为化学收缩。收缩量随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在40d后渐趋稳定。化学收缩是不能恢复的，一般对结构没有什么影响。

（2）干湿变形。这种变形主要表现为湿胀干缩。当混凝土在水中或潮湿条件下养护时，会引起微小膨胀。当混凝土在干燥空气中硬化时，会引起干缩。混凝土的收缩值较膨胀值大，当混凝土产生干缩后即使长期再置于水中，仍有残余变形，残余收缩约为收缩量的30%～60%。在一般工程设计中，通常采用混凝土的线收缩值为1.5×10^-2m/m～2.0×10^-2m/m。

湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土的危害较大，它可使混凝土表面出现较大拉应力而导致开裂，使混凝土的耐久性严重降低。因此，应通过调节集料级配、增大粗集料的粒径和弹性模量，减少水泥浆用量，选择适当的水泥品种，以及采用振动捣实、早期养护等措施来减小混凝土的干缩变形。

（3）温度变形。温度变形是指混凝土在温度升高时体积膨胀与温度降低时体积收缩的现象。混凝土与其他材料一样具有热胀冷缩现象，它的温度膨胀系数约为1.0×10^-5m/（m·℃），即温度升高1℃，每米膨胀0.01mm。温度变化引起的热胀冷缩对大体积混凝土工程极为不利。大体积混凝土在硬化初期放出大量热量，加之混凝土又是热的不良导体，散热很慢，致使混凝土内部温度可达50～70℃而产生明显膨胀。外部混凝土温度则同大气温度一样比较低，这样就形成了内外较大的温度差，由于内部膨胀与外部收缩同时进行，便产生了很大的温度应力，而导致混凝土产生裂缝。

因此，对大体积混凝土工程，应设法降低混凝土的发热量，如采用低热水泥、减少水泥用量、采用人工降温等措施。对于纵长的钢筋混凝土结构物，应每隔一段长度设置伸缩缝，在结构物内配置温度钢筋。

图4.6 混凝土应力-应变曲线

ε ₀—全部变形；ε_t—弹性变形；ε_s—塑性变形

（4）荷载作用下的变形：

1）弹塑性变形和弹性模量。混凝土是一种非均匀材料，属弹塑性体。在持续荷载作用下，既产生可以恢复的弹性变形ε_t，又产生不可恢复的塑性变形ε_s，其应力与应变关系如图4.6所示。

在应力-应变曲线上任一点的应力σ与应变ε的比值即为混凝土在该应力下的弹性模量。但混凝土在短期荷载作用下应力与应变并非线性关系，故弹性模量分为：①初始弹性模量，即tanα₀，此值不易测准，实用意义不大；②切线弹性模量，即tanα_r，它仅适用于很小的荷载范围；③割线弹性模量，即tanα_s，在应力小于极限抗压强度的30%～40%时，应力-应变曲线接近于直线。

在桥梁工程中以应力为棱柱体极限抗压强度的40%（即σ=0.4f_cp）时的割线弹性模量作为混凝土的弹性模量为

式中 E_cp——混凝土抗压弹性模量，MPa；

——相当于棱柱体试件极限抗压强度40%的应力，MPa；

ε_e——按割线模量计的应变。

在道路路面及机场跑道工程中水泥混凝土应测定其抗折时的平均弹性模量作为设计参数，取抗折强度50%时的加载割线模量为

式中 E_cf——混凝土抗折弹性模量，MPa；

F——荷载，N；

L——试件静跨，取450mm；

f——跨中挠度，mm；

I——试件断面惯性矩，mm⁴。

在路面工程中混凝土要求有较高的抗折强度，而且要有较低的抗折弹性模量，以适应混凝土路面受荷载后有较大的变形能力。

2）徐变。混凝土在持续荷载作用下，随时间延长而增加的变形称为徐变。混凝土的变形与荷载作用时间的关系如图4.7所示。混凝土受荷后即产生瞬时变形，随着荷载持续作用时间的延长，又产生徐变变形。徐变变形初期增长较快，然后逐渐减慢，一般要延续2～3年才逐渐趋于稳定。徐变变形的极限值可达瞬时变形的2～4倍。在持荷一定时间后，若卸除荷载，部分变形可瞬时恢复，也有少部分变形在若干天内逐渐恢复，称徐变恢复，最后留下不能恢复的变形为残余变形（即永久变形）。

图4.7 混凝土的变形与荷载作用时间的关系

混凝土无论是受压、受拉或受弯时，均有徐变现象。在预应力钢筋混凝土桥梁结构中，混凝土的徐变将使钢筋的预加应力受到损失；但是，徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力较均匀地重新分布；对大体积混凝土，徐变能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。

混凝土的徐变，一般认为是由于水泥石中凝胶体在持续荷载作用下的黏性流动，并向毛细孔中移动的结果。集料能阻碍水泥石的变形，起减小混凝土徐变的作用。由此可得如下关系：水灰比较大时，徐变也较大；水灰比相同时，用水量较大（即水泥浆量较多）的混凝土徐变较大；集料级配好、最大粒径大、弹性模量也较大时，混凝土徐变较小；当混凝土在较早龄期受荷时，产生的徐变较大。

4.3.4 混凝土的耐久性

混凝土的耐久性是指混凝土材料抵抗其自身和环境因素的长期破坏作用的能力。在土建工程中，硬化后的混凝土除了要求具有足够的强度来安全地承受荷载外，还应具有与所处环境相适应的耐久性来延长工程的使用寿命。提高混凝土耐久性、延长工程使用寿命的目的是为了节约工程材料和投资，从而得到更高的工程效益。

混凝土的耐久性是一项综合性概念，包括抗渗性、抗冻性、抗磨性、抗侵蚀性、抗碳化反应、抗碱-集料反应等性能。

1.混凝土的抗渗性

抗渗性是指混凝土抵抗有压介质（水、油等）渗透的性能。抗渗性是混凝土耐久性的一项重要指标，直接影响混凝土的抗冻性和抗侵蚀性。当混凝土的抗渗性较差时，不仅周围的有压水容易渗入，而且当有冰冻作用或环境水中有侵蚀性介质时，混凝土则易受到冰冻或破坏作用，对钢筋混凝土结构还可能引起钢筋的锈蚀和保护层的剥落与开裂。所以，对于受水压作用的工程，如地下建筑、水塔、水池、水利工程等，都应要求混凝土具有一定的抗渗性。

混凝土的抗渗性用抗渗等级（P）表示，抗渗等级是以28d龄期的标准混凝土抗渗试件，按标准试验方法进行试验。以一组六个标准试件，四个试件未出现渗水时的最大水压力（MPa）来表示，共有P2、P4、P6、P8、P10、P12等六个等级，相应表示混凝土抗渗试验时承受的最大水压力分别为0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa。

混凝土的抗渗性主要与其密实程度、内部孔隙的大小及构造有关，混凝土内部连通的孔隙、毛细管和混凝土浇筑中形成的孔洞和蜂窝等，都将引起混凝土渗水。

提高混凝土抗渗性能的措施主要有：提高混凝土的密实度，改善孔隙构造，减少渗水通道；减小水灰比；掺加引气剂；选用适当品种的水泥；加强振捣密实、保证养护条件等。

2.混凝土的抗冻性

混凝土的抗冻性是指混凝土在含水饱和状态下能经受多次冻融循环而不破坏，同时强度也不严重降低的性能。在寒冷地区，特别是长期接触有水且受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性。

混凝土的抗冻性用抗冻等级（F）来表示，抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱水后进行反复冻融循环，以抗压强度损失不超过25%，且质量损失不超过5%时，所能承受的最大冻融循环次数来确定。用快冻试验方法测定，分为F50、F100、F150、F200、F300、F400等六个等级，相应表示混凝土抗冻性试验能经受50次、100次、150次、200次、300次、400次的冻融循环。

影响混凝土抗冻性能的因素主要有水泥品种与强度等级、水灰比、集料的品质等。提高混凝土抗冻性的最主要的措施是：合理选用水泥品种；提高混凝土密实度；降低水灰比；掺加外加剂；严格控制施工质量，加强振捣与养护等。

3.混凝土的抗侵蚀性

混凝土在环境侵蚀性介质（软水、酸、盐等）作用下，结构受到破坏、强度降低的现象称为混凝土的侵蚀。混凝土侵蚀的原因主要是外界侵蚀性介质对水泥石中的某些成分（氢氧化钙、水化铝酸钙等）产生破坏作用所致。

随着混凝土在地下工程、海港工程等恶劣环境中的应用，对混凝土的抗侵蚀性提出了更高的要求。提高混凝土抗侵蚀性的主要措施有：合理选用水泥品种；降低水灰比；提高混凝土密实度；改善混凝土孔隙结构。

4.混凝土的抗磨性

磨损冲击是水工建筑物常见的病害之一。当高速水流中挟带砂、石等磨损介质时，这种现象更为严重。因此，水利工程要有较高的抗磨性。

提高混凝土抗磨性的主要方法有：合理选择水泥品种；选用坚固耐磨的集料；掺入适量的外加剂以及适量的钢纤维；控制和处理建筑物表面的不平整度等。

5.混凝土的碳化

混凝土的碳化作用是空气中CO₂与水泥石中的Ca（OH）₂作用，生成CaCO₃和H₂O的过程，又称混凝土的中性化。碳化过程是CO₂由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。

混凝土的碳化对混凝土性能有不利的影响。首先是碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用。这是因为混凝土中水泥水化生成大量的Ca（OH）₂，使钢筋处于碱性环境中，并在表面生成一层钝化膜保护钢筋不易腐蚀。混凝土的碳化深度随时间的延长而增加，当碳化深度穿透混凝土保护层而达到钢筋表面时，钢筋的钝化膜被破坏而发生锈蚀，致使混凝土保护层产生开裂，加剧了碳化的进行和钢筋的锈蚀。其次，碳化作用会增加混凝土的收缩，引起混凝土表面产生拉应力而出现微细裂缝，从而降低了混凝土的抗拉、抗弯强度与抗渗能力。碳化作用对混凝土也能产生一些有利的影响，即碳化过程中放出的H₂O有助于未水化水泥的水化作用，同时形成的CaCO₃减少了水泥石内部的孔隙，从而可提高碳化层的密实度和混凝土的强度。

影响混凝土碳化速度的主要因素有环境中CO₂浓度、水泥品种、水灰比、环境湿度等。CO₂浓度高，碳化速度快；在相对湿度为50%～75%时，碳化速度最快，当相对湿度小于25%或达100%时，碳化作用将停止；在常用水泥中，普通硅酸盐水泥碳化速度最慢，火山灰硅酸盐水泥碳化速度最快。

提高混凝土抗碳化能力的主要方法有：合理选择水泥品种；降低水灰比；掺入减水剂或引气剂；保证混凝土保护层的质量及厚度；充分湿养护等。

6.混凝土的碱-集料反应

混凝土的碱-集料反应，是指水泥中的碱（Na₂O和K₂O）与集料中的活性SiO₂发生反应，使混凝土发生不均匀膨胀，造成裂缝、强度下降甚至破坏等不良现象，这种反应称为碱-集料反应。

碱-集料反应常见的有两种类型：①碱-硅反应是指碱与集料中的活性SiO₂发生反应；②碱-碳酸盐反应是碱与集料中活性碳酸盐反应。

碱-集料反应机理甚为复杂，而且影响因素较多，但是发生碱-集料反应必须具备三个条件：①混凝土中的集料具有活性；②混凝土中含有可溶性碱；③有一定的湿度。

为防止碱-硅反应的危害，按现行规范规定：①应使用碱含量小于0.6%的水泥或采用抑制碱-集料反应的掺合料；②当使用K⁺、Na⁺外加剂时，必须专门试验。

7.提高混凝土耐久性的措施

提高混凝土耐久性应注意合理选择水泥品种，选用良好的砂石材料，改善集料的级配，采用合理的外加剂，改善混凝土的施工操作方法，提高混凝土的密实度、强度等。在进行混凝土配合比设计时，为保证混凝土的耐久性，根据混凝土结构的环境类别（表4.16），混凝土的“最大水胶比”和“最小胶凝材料用量”应符合表4.17和表4.18的规定。