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水灰比对混凝土质量的影响
浏览量:155     文章来源:未知     字号:  A+   A   A﹣ 责任编辑:金隆     发布时间:2019-06-08




水灰比是指拌制水泥浆、砂浆和混凝土混合料时,水与水泥的质量比(W/C)。水在混凝土形成方面起着重要作用,一方面参与水泥水化反应,另一方面对物料起润滑作用;水泥是混凝土中很重要的组分。水灰比是混凝土配合比的一个重要参数,研究水灰比过大和过小对混凝土性能产生的影响是非常有意义的。

一、水灰比对混凝土强度的影响

水灰比过大时,新生成的胶体水泥浆浓度低,水化后混凝土体内的多余游离水分往往先附着在骨料上,胶体与骨料粘结面积减小,粘结力下降,混凝土硬化时会产生细小裂纹,从而降低了混凝土强度。

水灰比过小时,胶体和晶体的材料不能充分形成,混凝土和易性差,混凝土振捣、密实很困难,如果在混凝土充分硬化后未水化水泥再遇水发生水化作用,水化产物造成的膨胀应力作用便有可能造成混凝土的开裂。所以为施工方便和保证质量,水灰比不宜小于0.5。

二、水灰比对混凝土和易性的影响

和易性又指混凝土拌合物工作性,它是一项综合的技术性质,包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。在水泥用量不变的情况下,水灰比过小,水泥浆就越稠,不仅混凝土拌合物的流动性变小,粘聚性也因混凝土发涩而变差,在一定施工条件下难以成型密实。水灰比过大,水泥浆过稀,这时拌合物虽流动性大,但将产生严重的分层离析和泌水现象,不能保证混凝土拌合物的粘聚性和保水性,并且严重影响混凝土的强度和耐久性。

三、水灰比对混凝土耐久性的影响

混凝土的耐久性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,直接影响结构物的安全性和使用性能,包括抗渗性、抗冻性、化学侵蚀和碱集料反应等,其中水灰比对混凝土耐久性起着关键性的作用。

1.对混凝土碳化的影响

由于混凝土的碳化是CO2 向混凝土内扩散的过程,混凝土的密实程度越高,扩散的阻力越大,混凝土的碳化深度就越小。混凝土碳化的深度还受单位体积的水泥用量或水泥石中的Ca(OH)2含量的影响。水灰比越大,单位水泥用量越小,混凝土单位体积内的Ca(OH)2含量也就越少,扩散的阻力就越小,CO2就越容易进入混凝土体内,碳化速度也就越快。

水灰比对混凝土的孔隙结构影响极大,在水泥用量一定的条件下,增大水灰比,混凝土的孔隙率也随之增大,密实度降低,碳化速度增大。而水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实,透气性较小,因而碳化速度较慢。同理,单位水泥用量多的混凝土碳化较慢,水灰比小的混凝土合成物多,中和所需的CO2量也多,中和反应需要的时间也较长。

另一方面水灰比小的混凝土,水泥水化后残留水分少,混凝土密实性高,孔隙小,大孔少,CO2向混凝土内扩散的阻力较大,这也造成中和反应需要时间较长,碳化深度较小。通过试验得出当水灰比小于0.6时碳化深度较小,当水灰比大于0.75时碳化深度急剧加大。因此为了减少混凝土碳化引起的危害,适当控制水灰比是非常必要的。

2.对氯离子扩散的影响

水灰比的大小反映了混凝土抵抗氯离子入侵的能力,这种能力主要表现于水灰比和氯离子扩散系数的关系可见水灰比越大,则混凝土的氯离子结合能力也就越大。

3.对抗渗的影响

抗渗性是指混凝土抵抗水在混凝土毛细孔向其内部渗透作用的能力, 通常来说,抗渗性好的混凝土,其密实性高,混凝土的耐久性也较好,因为抗渗性控制着水分渗入的速率。相互联通的、无规则的毛细孔系统,使水泥石的孔隙率增加,透水性强,还有资料表明,当水灰比大于0.55 时,混凝土的抗渗性急剧增加。水灰比过小,水化不充分,密实度不高,透水性也较大。通过试验得出水灰比越小,抗渗性能越强,当水灰比大于0.6时,抗渗系数急剧增大,混凝土的抗渗性能显著下降。在水工建筑物基础、挡水和过流建筑物、翼墙等水位变动区要严格控制施工时的水灰比,一般在0.38~0.4之间。

4.对抗冻的影响

混凝土的抗冻性是指混凝土在使用条件下经受多次冻融循环之后,不破坏,强度也不明显降低的性能。水灰比对混凝土抗冻性的影响有以下几个原因:

(1)水灰比过大,振捣时粒径不同的骨料下沉速度也不同,水泥浆和骨料易分离,造成稀水泥浆浮于表层,耐磨性差。遇到冻融、冰推和风浪淘刷等破坏作用易形成表面剥蚀。加之地下水补给,易受冻胀破坏。因此在高寒地区,尤其是在接触水又受冻的环境下混凝土建筑物基础应适当降低水灰比以提高抗冻能力。

(2)混凝土气泡尺寸和气泡的间距随水灰比降低而减小,随水灰比增大而增大。在混凝土引气量相近的情况下,水灰比越大,气泡的间距越大,表现为混凝土抗冻性能越差。

(3)水灰比直接影响混凝土的孔隙率及空结构。随着水灰比的增加,饱和水的开孔总体积和平均孔径越来越大,在冻融过程中产生的冰胀压力和渗透压力就大,混凝土的抗冻性必然降低。实验研究表明对w/c为0.27以下的高强混凝土,即使不掺引气剂,仍具有非常优良的抗冻性。对w/c为0.40和0.55的中高水灰比的混凝土,掺入引气剂后,抗冻性能极大地改善,基本上接近了高强混凝土。
四、水灰比对混凝土裂缝的影响

通常使水泥完全水化并具有最低毛细空隙率的水灰比为0.437,但在无外加剂的情况下,水灰比要大于0.5才能使混凝土具有可施工的流动性。实验表明,混凝土塑性收缩面积最大值对应的水灰比约为0.5,当水灰比小于0.5时,混凝土塑性收缩面积随水灰比的提高而增大,当水灰比大于0.5时,混凝土塑性收缩面积随水灰比的提高而减小,因为水灰比越高(水泥浆量较大)时,拌合物中可用于蒸发的水分越多,达到毛细管压力临界值(破坏压力)的时间得以延长,即毛细管压力在较长一段时内以较小的速率发展,当达到破坏压力时,混凝土已获得一定的强度足以抵抗此时的破坏压力[7]。但用水量的加大也会使混凝土的后期收缩增大,容易产生裂缝。此外,水灰比较低时,拌合物体系的整体性和粘聚性较好,产生的塑性沉降较小,塑性收缩裂缝宽度及总面积均较小。因此,在满足施工要求条件下,应尽量减小水灰比。

五、水灰比对混凝土收缩的影响

混凝土的收缩是由水泥凝胶体本身的体积收缩(即所谓的凝缩)和混凝土失水产生的体积收缩(即所谓的干缩)这两部分所组成的,主要包括:塑性收缩、化学收缩、干燥收缩、自收缩、温度收缩和碳化收缩。混凝土的收缩对结构物的危害很大,它可使混凝土表面出现较大的拉应力,从而引起表面开裂,直接影响结构物的耐久性。因此水灰比的大小对收缩的影响也是不容忽视的。

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