混凝土的和易性、强度、耐久性

混凝土是现代建筑工程中应用最广泛的建筑材料之一，其性能直接影响工程质量和使用寿命。以下从和易性、强度、耐久性三个关键性能维度展开详细介绍：

一、和易性（工作性）

定义：指混凝土在施工过程中（搅拌、运输、浇筑、振捣）易于操作且能保持均匀密实的性能，是一项综合技术指标，包括流动性、粘聚性和保水性三方面含义。

1. 流动性

• 定义：混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下，能流动并均匀密实地填满模板的性能。
• 衡量指标：
  • 坍落度（Slump）：适用于塑性和低流动性混凝土（坍落度≥10mm），用坍落度筒测试，坍落度值越大，流动性越好。
  • 维勃稠度（Vee-Bee Consistometer）：适用于干硬性混凝土（坍落度 < 10mm），稠度值越大，流动性越差。
• 影响因素：
  • 用水量：单方用水量是决定流动性的主要因素（水灰比一定时，用水量增加，流动性提高，但强度可能下降）。
  • 水泥品种和细度：硅酸盐水泥流动性优于矿渣水泥；水泥越细，需水量增加，流动性可能降低。
  • 骨料种类和级配：卵石比碎石流动性好；级配良好的骨料空隙率小，流动性更佳。
  • 外加剂：减水剂可显著改善流动性，减少用水量。

2. 粘聚性

• 定义：混凝土拌合物各组分之间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生分层离析现象的性能。
• 衡量方法：通过坍落度试验观察，若锥体逐渐下落、无崩裂或石子外露，表明粘聚性良好。
• 影响因素：
  • 水泥浆用量：水泥浆过多易流浆，过少则粘聚性差。
  • 砂率：合理砂率（骨料中砂的比例）可改善粘聚性，砂率过低易离析，过高则流动性下降。
  • 骨料表面特征：碎石表面粗糙，粘聚性优于卵石。

3. 保水性

• 定义：混凝土拌合物在施工过程中保持水分，不致产生严重泌水的性能。
• 衡量方法：坍落度试验中观察底部泌水情况，泌水率越小，保水性越好。
• 影响因素：
  • 水泥品种：粉煤灰水泥保水性优于矿渣水泥。
  • 矿物掺合料：掺加硅灰、粉煤灰等可提高保水性。
  • 外加剂：引气剂或增稠剂可减少泌水。

应用意义：和易性不良会导致混凝土浇筑不密实、蜂窝麻面等缺陷，影响强度和耐久性。工程中需根据施工工艺（如泵送、振捣方式）调整配合比，确保和易性满足要求。

二、强度

混凝土强度是指其抵抗外力破坏的能力，包括抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗剪强度等，其中抗压强度是最主要的力学指标，也是配合比设计的核心参数。

1. 抗压强度

• 定义：混凝土标准立方体试件（边长 150mm）在标准养护条件下（温度 20±5℃，相对湿度≥95%）养护 28 天，经压力试验测得的抗压强度值（单位：MPa）。
• 强度等级：按立方体抗压强度标准值（f_cu,k）划分为 C15~C80 共 14 个等级（如 C30 表示标准值为 30MPa）。
• 影响因素：
  • 水灰比（W/C）：强度与水灰比成反比，公式参考：f_cu = α_a·f_ce·(C/W – α_b)（α_a、α_b为回归系数，f_ce为水泥实测强度）。
  • 水泥强度：水泥强度等级越高，混凝土强度越高。
  • 骨料品质：碎石强度高于卵石，粗骨料强度应高于混凝土强度。
  • 养护条件：温度和湿度影响水泥水化，高温高湿养护可加速强度发展。
  • 龄期：强度随龄期增长，早期（7 天内）增长快，28 天后增速放缓。

2. 其他强度

• 抗拉强度：约为抗压强度的 1/10~1/20，是抗裂性能的重要指标，用劈裂试验测定。
• 抗折强度：用于路面、桥梁等抗弯折构件，标准试件为 150mm×150mm×600mm 小梁。
• 与钢筋粘结强度：影响钢筋混凝土结构的协同工作性能，与混凝土强度和钢筋表面特征相关。

工程应用：结构设计中需根据荷载要求选择强度等级，如高层建筑柱常用 C40~C60，基础垫层常用 C15~C20。

三、耐久性

定义：混凝土在长期使用过程中，抵抗环境介质作用（如冻融、化学侵蚀、碳化、磨损等）并保持其性能稳定的能力，是混凝土结构长期安全可靠的关键。

1. 主要耐久性指标及影响因素

耐久性类型	破坏机制	影响因素
抗冻性	水结冰膨胀导致内部开裂，严寒地区尤为严重。	水灰比、含气量（引气剂可提高抗冻性）、骨料孔隙率、养护质量。
抗渗性	抵抗压力水渗透的能力，渗透会引发钢筋锈蚀和化学侵蚀。	密实度（水灰比低则抗渗性好）、水泥品种（火山灰水泥抗渗性优于矿渣水泥）。
抗化学侵蚀性	酸、碱、盐（如硫酸盐、氯离子）与水泥水化产物反应，导致结构破坏。	水泥成分（铝酸三钙含量高易受硫酸盐侵蚀）、保护层厚度、外加剂（如硅灰）。
碳化	空气中 CO₂与水泥水化产物 Ca (OH)₂反应生成 CaCO₃，降低碱度，引发钢筋锈蚀。	水泥品种、水灰比（水灰比大则碳化速度快）、环境湿度和 CO₂浓度。
耐磨性	表面抵抗摩擦、冲击的能力，常见于路面、工业地坪。	强度等级（强度高则耐磨性好）、骨料硬度（石英质骨料优于碳酸盐骨料）。

2. 提高耐久性的措施

• 合理设计配合比：降低水灰比，采用优质骨料，控制水泥用量和品种（如选用硅酸盐水泥或掺加矿物掺合料）。
• 掺加外加剂：引气剂提高抗冻性，减水剂降低水灰比，阻锈剂抑制钢筋锈蚀。
• 改善施工工艺：加强振捣和养护，保证混凝土密实度；控制拆模时间，避免早期受冻或开裂。
• 表面防护：涂刷防腐涂料、渗透结晶型防水剂，或设置混凝土保护层（厚度符合规范要求）。
• 环境适应性设计：根据工程所处环境（如海洋、冻融区、化学腐蚀区）选择针对性材料，如采用抗硫酸盐水泥或高性能混凝土（HPC）。

四、三者之间的关系

• 和易性与强度：水灰比是两者的共同影响因素。增大水灰比可提高和易性，但会降低强度；反之，降低水灰比需通过减水剂维持和易性，同时提高强度。
• 强度与耐久性：高强度混凝土通常密实度高，抗渗性和抗侵蚀性更好，但需注意高强混凝土脆性较大，可能因收缩开裂影响耐久性。
• 和易性与耐久性：和易性差的混凝土易产生蜂窝、孔洞，导致内部缺陷，降低耐久性；良好的和易性是保证施工质量、实现耐久性的前提。

总结

混凝土的和易性、强度、耐久性是相互关联、相互制约的性能体系，工程中需通过科学配合比设计、严格施工控制和针对性防护措施实现三者的平衡，以满足不同工程对混凝土性能的需求。例如，大体积混凝土需重点控制水化热和收缩（影响耐久性），同时保证泵送所需的和易性；而桥梁结构则需兼顾高强度和抗疲劳、抗冻融的耐久性。