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【摘要】水泥混凝土强度的影响因素主要包括水泥及水泥强度、水灰比、集料、矿物掺合料和外加剂、养护条件等，为混凝土结构的设计、施工及试验分析提供一些思路。
【关键词】水泥混凝土；强度；影响因素
任何混凝土结构物主要都是用于承受荷载或抵抗各种作用力的，强度是混凝土最重要的力学性能。工程上对混凝土的其它性能要求，如不透水性、抗冻性等，而这些性能与混凝土强度往往存在着密切的联系。一般说来，混凝土的强度愈高，其刚性、不透水性、抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也愈高；而强度愈高，往往其干缩也较大，同时较脆、易裂。因此，通常用强度来评定和控制混凝土的质量以及评价各种因素影响程度的指标。现就影响混凝土强度的几个主要因素作如下简述。
1. 水泥及水泥强度
水泥强度的影响取决于水泥的化学成分及细度。水泥强度主要来自于早期强度（C3S）及后期强度（C2S），而且这些影响贯穿于混凝土中。用C3S含量较高的水泥来制作混凝土其强度增长较快，但在后期可能以较低的强度而告终。而无论通过改变成分、养护条件或者利用外加剂而比较缓慢地水化，都可使水泥产生较高的最终强度。水泥细度对混凝土强度的影响也很大。随着细度增加，水化速率增大，就导致较高的强度增长率。而水泥质量的波动对混凝土强度的影响也应引起注意。水泥厂生产的同一品种同一强度等级的水泥，不可避免地会在质量上有波动。水泥质量的波动，毫无疑问地在混凝土强度上反映出来。采用具有相同平均强度而离散系数小的水泥，可以降低混凝土的水泥用量。水泥质量波动大多是由于水泥细度和C3S含量的差异引起的。而这些因素在早期的影响最大。随着时间的延长其影响就不再是最重要的了。即水泥质量波动引起的混凝土强度的标准离差，不随龄期而增大，但混凝土强度的离散系数却因强度随龄期的增大而减小。因此，水泥质量波动对混凝土早期强度影响大。
2. 水灰比
混凝土强度主要取决于毛细管孔隙率或胶空比，但这些指标都难于测定或估计。而充分密实的混凝土在任何水灰比程度下的毛细管孔隙率由水灰比所确定。它影响着水泥浆基体和粗骨料间过渡区这两者的孔隙率，水泥石在水化过程中的孔隙率取决于水灰比，水灰比和混凝土的振捣密实程度两者都对混凝土体积有影响，当混凝土混合料能被充分捣实时，混凝土的强度随水灰比的降低而提高。一般来说，水灰比小，混凝土的强度高。但当水灰比过小，时水泥浆过于干稠，混凝土施工困难，不容易振捣密实，反而导致了混凝土强度降低。
3. 集料
集料极重要的参数是集料的形状、结构、最大尺寸、级配、含泥量、泥块含量等。一般而言，强度和弹性模量高的集料可以制得质量好的混凝土。而骨料颗粒的粒形、粒径、表面结构和矿物成分，往往影响混凝土过渡区的特性，从而影响混凝土的强度。级配良好的粗骨料改变其最大粒径对混凝土强度有着两种不同的影响。水泥用量和稠度一样时，含较大骨料粒径混凝土拌和物比含较小粒径的强度小，其集料的表面积小，所需拌和水较少，较大骨料趋于形成微裂缝的弱过渡区，其最终影响随混凝土水灰比和所加应力而不同。在低水灰比时，降低过渡区孔隙率同样对混凝土强度一开始就起重要作用。在一定拌和物中，水灰比一定时抗拉强度与抗压强度之比将随粗骨料粒径的降低而增加。试验表明，增加骨料粒径对高强混凝土起反作用，低强度混凝土在一定水灰比时，骨料粒径似乎无大的影响。另外，骨料中的有害物质(如淤泥、有机物、硫化物和硫酸盐等)也是影响混凝土强度的主要因素。它影响骨料与水泥石的粘结，降低混凝土的强度，特别是对高强度混凝土更为明显。硫酸盐和硫化物对水泥有腐蚀作用，它与水泥的水化物反应生成钙矾石，使水泥石体积膨胀。它除了能降低混凝土的强度外，还降低混凝土的抗冻性、抗渗性等。当骨料含有较多的软弱颗粒或杂质时，也会使混凝土强度下降。表面棱角多的碎石与表面圆滑的卵石比与水泥石的粘结力要强，所以相同配比的情况下，用碎石配制的混凝土强度稍高。而砂率对混凝土的强度也有影响，砂率越小，混凝土的抗压强度越高，反之混凝土的抗压强度越低。
4. 矿物掺合料和外加剂
常用的矿物掺合料主要有粉煤灰、矿渣粉等。粉煤灰作为活性材料，主要含有大量的三氧化铝和SiO2，与水拌合后，本身不硬化，而是与气硬性(氢氧化钙)相拌合，不仅在空气中硬化，而且在水中继续硬化，由于矿物颗粒比较细，具有填充效应和流化效应。其细度、需水比、烧失量等指标对混凝土强度影响较大。粉煤灰的细度(45μm方孔筛的筛余量)愈细，活性愈高，混凝土和易性好，不易离析。需水量比在一定程度上反映粉煤灰物理性质的优劣。粉煤灰愈细，球形颗粒愈多，则需水量比就小，用水量就低，活性就好，需水量比小的粉煤灰可以增进混凝土强度发展，提高混凝土耐磨蚀性。粉煤灰烧失量愈大，含碳量就愈多，活性就愈差，烧失量的大小不仅影响混凝土的需水性，而且还会降低外加剂的减水效应及引气效应，从而影响混凝土的强度。但粉煤灰混凝土比基准混凝土早期强度低，而后期强度高于基准混凝土。对有早强要求的混凝土，应采用相应的措施。而且在使用过程中，粉煤灰的掺加比例要掌握准确，不能肓目掺加，否则影响混凝土强度。矿渣粉作为混凝土掺合料正被大量使用，细度达到400m2/Kg以上的矿粉活性较高，取代混凝土中的部分水泥，能够提高混凝土的强度和改善混凝土的工作性能，降低温升，延缓凝结时间，提高耐久性。但对混凝土早期强度有负面效应，冬季气温较低时更明显，但后期增长较快，如要解决早期强度偏低的问题可采用超掺法。例如原来矿渣是等量取代水泥，现在超量1.1k～1.3取代水泥，水灰比保持不变，同时减少相应体积数量的砂，会使混凝土早期强度赶上基准混凝土；也可以适当降低水灰比、适当增加砂率和外加剂用量以达到目的。外加剂由于具有减水、流变、调凝、改善混凝土的和易性和耐久性及其他功能，正被越来越广泛地使用。使用时应选用减水效果好，品质均匀的外加剂，以降低水灰比，达到增强的目的。但外加剂使用时只能通过试配来确定一个最佳掺量，才能达到最佳效果。否则，当超量使用时，反而会造成不良后果，如混凝土离淅板结，凝结时间超长，强度严重降低等。
5. 集灰比
对于强度大于35MPa的混凝土，集灰比的影响就较为明显地表现出来。在相同水灰比时，混凝土强度随着集灰比的增大而提高。这是因为：集料数量增大，吸水量也增大，从而有效水灰比降低，混凝土内孔隙总体积减小，集料对混凝土强度所引起的作用更好地发挥。
6. 养护温度和湿度
混凝土成型后应在一定的温度、湿度条件下进行养护，保证混凝土凝结硬化的正常进行。养护方法有自然养护、标准养护、干湿热养护等。养护过程中温度、湿度和龄期是影响混凝土强度形成的主要因素。湿度适当，水化才能正常进行，混凝土强度才能充分发展；养护温度高，水化速度加快，混凝土早期强度发展也加快，对后期强度却有负面影响。试验证明，混凝土在湿度大于95%的环境下的强度要远高于干燥环境下的强度。养护温度在4℃～23℃的后期强度也高于温度在32℃～50℃的后期强度。相反，如果初期养护温度过低（小于0℃），混凝土中拌合水结成冰，水泥的水化反应就会停止，混凝土强度停止发展，升温后强度上升也很低，甚至酥松崩溃。所以在冬季施工禁止混凝土成型后受冻，必须在获得规定的强度后，方能受冻，同时注意温度转正后，应及时浇水养护，保证混凝土的强度增长。
除了上述的几种因素影响混凝土的强度外，混凝土配合比、外加剂、制备方法、试验条件等都会对混凝土的强度产生的影响。所以，施工和试验过程中，应从各方面考虑，确保混凝土的要求强度。
【关键词】水泥混凝土；强度；影响因素
任何混凝土结构物主要都是用于承受荷载或抵抗各种作用力的，强度是混凝土最重要的力学性能。工程上对混凝土的其它性能要求，如不透水性、抗冻性等，而这些性能与混凝土强度往往存在着密切的联系。一般说来，混凝土的强度愈高，其刚性、不透水性、抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也愈高；而强度愈高，往往其干缩也较大，同时较脆、易裂。因此，通常用强度来评定和控制混凝土的质量以及评价各种因素影响程度的指标。现就影响混凝土强度的几个主要因素作如下简述。
1. 水泥及水泥强度
水泥强度的影响取决于水泥的化学成分及细度。水泥强度主要来自于早期强度（C3S）及后期强度（C2S），而且这些影响贯穿于混凝土中。用C3S含量较高的水泥来制作混凝土其强度增长较快，但在后期可能以较低的强度而告终。而无论通过改变成分、养护条件或者利用外加剂而比较缓慢地水化，都可使水泥产生较高的最终强度。水泥细度对混凝土强度的影响也很大。随着细度增加，水化速率增大，就导致较高的强度增长率。而水泥质量的波动对混凝土强度的影响也应引起注意。水泥厂生产的同一品种同一强度等级的水泥，不可避免地会在质量上有波动。水泥质量的波动，毫无疑问地在混凝土强度上反映出来。采用具有相同平均强度而离散系数小的水泥，可以降低混凝土的水泥用量。水泥质量波动大多是由于水泥细度和C3S含量的差异引起的。而这些因素在早期的影响最大。随着时间的延长其影响就不再是最重要的了。即水泥质量波动引起的混凝土强度的标准离差，不随龄期而增大，但混凝土强度的离散系数却因强度随龄期的增大而减小。因此，水泥质量波动对混凝土早期强度影响大。
2. 水灰比
混凝土强度主要取决于毛细管孔隙率或胶空比，但这些指标都难于测定或估计。而充分密实的混凝土在任何水灰比程度下的毛细管孔隙率由水灰比所确定。它影响着水泥浆基体和粗骨料间过渡区这两者的孔隙率，水泥石在水化过程中的孔隙率取决于水灰比，水灰比和混凝土的振捣密实程度两者都对混凝土体积有影响，当混凝土混合料能被充分捣实时，混凝土的强度随水灰比的降低而提高。一般来说，水灰比小，混凝土的强度高。但当水灰比过小，时水泥浆过于干稠，混凝土施工困难，不容易振捣密实，反而导致了混凝土强度降低。
3. 集料
集料极重要的参数是集料的形状、结构、最大尺寸、级配、含泥量、泥块含量等。一般而言，强度和弹性模量高的集料可以制得质量好的混凝土。而骨料颗粒的粒形、粒径、表面结构和矿物成分，往往影响混凝土过渡区的特性，从而影响混凝土的强度。级配良好的粗骨料改变其最大粒径对混凝土强度有着两种不同的影响。水泥用量和稠度一样时，含较大骨料粒径混凝土拌和物比含较小粒径的强度小，其集料的表面积小，所需拌和水较少，较大骨料趋于形成微裂缝的弱过渡区，其最终影响随混凝土水灰比和所加应力而不同。在低水灰比时，降低过渡区孔隙率同样对混凝土强度一开始就起重要作用。在一定拌和物中，水灰比一定时抗拉强度与抗压强度之比将随粗骨料粒径的降低而增加。试验表明，增加骨料粒径对高强混凝土起反作用，低强度混凝土在一定水灰比时，骨料粒径似乎无大的影响。另外，骨料中的有害物质(如淤泥、有机物、硫化物和硫酸盐等)也是影响混凝土强度的主要因素。它影响骨料与水泥石的粘结，降低混凝土的强度，特别是对高强度混凝土更为明显。硫酸盐和硫化物对水泥有腐蚀作用，它与水泥的水化物反应生成钙矾石，使水泥石体积膨胀。它除了能降低混凝土的强度外，还降低混凝土的抗冻性、抗渗性等。当骨料含有较多的软弱颗粒或杂质时，也会使混凝土强度下降。表面棱角多的碎石与表面圆滑的卵石比与水泥石的粘结力要强，所以相同配比的情况下，用碎石配制的混凝土强度稍高。而砂率对混凝土的强度也有影响，砂率越小，混凝土的抗压强度越高，反之混凝土的抗压强度越低。
4. 矿物掺合料和外加剂
常用的矿物掺合料主要有粉煤灰、矿渣粉等。粉煤灰作为活性材料，主要含有大量的三氧化铝和SiO2，与水拌合后，本身不硬化，而是与气硬性(氢氧化钙)相拌合，不仅在空气中硬化，而且在水中继续硬化，由于矿物颗粒比较细，具有填充效应和流化效应。其细度、需水比、烧失量等指标对混凝土强度影响较大。粉煤灰的细度(45μm方孔筛的筛余量)愈细，活性愈高，混凝土和易性好，不易离析。需水量比在一定程度上反映粉煤灰物理性质的优劣。粉煤灰愈细，球形颗粒愈多，则需水量比就小，用水量就低，活性就好，需水量比小的粉煤灰可以增进混凝土强度发展，提高混凝土耐磨蚀性。粉煤灰烧失量愈大，含碳量就愈多，活性就愈差，烧失量的大小不仅影响混凝土的需水性，而且还会降低外加剂的减水效应及引气效应，从而影响混凝土的强度。但粉煤灰混凝土比基准混凝土早期强度低，而后期强度高于基准混凝土。对有早强要求的混凝土，应采用相应的措施。而且在使用过程中，粉煤灰的掺加比例要掌握准确，不能肓目掺加，否则影响混凝土强度。矿渣粉作为混凝土掺合料正被大量使用，细度达到400m2/Kg以上的矿粉活性较高，取代混凝土中的部分水泥，能够提高混凝土的强度和改善混凝土的工作性能，降低温升，延缓凝结时间，提高耐久性。但对混凝土早期强度有负面效应，冬季气温较低时更明显，但后期增长较快，如要解决早期强度偏低的问题可采用超掺法。例如原来矿渣是等量取代水泥，现在超量1.1k～1.3取代水泥，水灰比保持不变，同时减少相应体积数量的砂，会使混凝土早期强度赶上基准混凝土；也可以适当降低水灰比、适当增加砂率和外加剂用量以达到目的。外加剂由于具有减水、流变、调凝、改善混凝土的和易性和耐久性及其他功能，正被越来越广泛地使用。使用时应选用减水效果好，品质均匀的外加剂，以降低水灰比，达到增强的目的。但外加剂使用时只能通过试配来确定一个最佳掺量，才能达到最佳效果。否则，当超量使用时，反而会造成不良后果，如混凝土离淅板结，凝结时间超长，强度严重降低等。
5. 集灰比
对于强度大于35MPa的混凝土，集灰比的影响就较为明显地表现出来。在相同水灰比时，混凝土强度随着集灰比的增大而提高。这是因为：集料数量增大，吸水量也增大，从而有效水灰比降低，混凝土内孔隙总体积减小，集料对混凝土强度所引起的作用更好地发挥。
6. 养护温度和湿度
混凝土成型后应在一定的温度、湿度条件下进行养护，保证混凝土凝结硬化的正常进行。养护方法有自然养护、标准养护、干湿热养护等。养护过程中温度、湿度和龄期是影响混凝土强度形成的主要因素。湿度适当，水化才能正常进行，混凝土强度才能充分发展；养护温度高，水化速度加快，混凝土早期强度发展也加快，对后期强度却有负面影响。试验证明，混凝土在湿度大于95%的环境下的强度要远高于干燥环境下的强度。养护温度在4℃～23℃的后期强度也高于温度在32℃～50℃的后期强度。相反，如果初期养护温度过低（小于0℃），混凝土中拌合水结成冰，水泥的水化反应就会停止，混凝土强度停止发展，升温后强度上升也很低，甚至酥松崩溃。所以在冬季施工禁止混凝土成型后受冻，必须在获得规定的强度后，方能受冻，同时注意温度转正后，应及时浇水养护，保证混凝土的强度增长。
除了上述的几种因素影响混凝土的强度外，混凝土配合比、外加剂、制备方法、试验条件等都会对混凝土的强度产生的影响。所以，施工和试验过程中，应从各方面考虑，确保混凝土的要求强度。