混凝土的兩三事 @ 我家的老二 :: 隨意窩 Xuite日誌
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    200706231728混凝土的兩三事

    了解原物料的特性,並給予適當的環境,我想才是確保更好的工程品質不二法門。這些收集到的資料希望對大家有幫助。

    所謂混凝土是由波特蘭水泥(簡稱水泥)、水、細或粗礦物等混合物混全而成。 

    1.水泥的組成化學特性:

    一般水泥的主要成分為各種矽酸鹽的混合物(在此為方便起見,鈣、矽、鋁、鐵的氧化物和水,分別以C、S、A、F、H表示),其中包括C3S(即3CaO.SiO2)、C2S(即2CaO.SiO2)及少量的C3A(即3CaO.Al2O3)與C4AF(即4CaO.Al2O3.Fe2O3),其重量比通常為C3S50%,C2S25%,C3A10%,C4AF10%,再加上5%其他的氧化物。

    而水泥的硬化作用主要是靠C3S及C2S這兩種矽酸鹽的水合反應,此二者的水合速率並不相同,但是產物則一,都是形成膠體的矽酸鈣水合物。

    在上述兩種矽酸鹽中,C3S主要是負責最早階段的水合硬化作用,C2S則在其持續時期繼續表現,使水泥的強度在其後的數月至數年間與時俱增。

     

    水泥與水之間的作用屬於放熱反應,通常情況下,水泥的溫度可能會升高數十度。這種現象在大規模的混凝土工程時,很可能會發生問題,有時必須在凝固中的水泥上不斷澆水冷卻,以防止水泥由於受熱膨脹,再收縮時所發生的龜裂現象。水泥放熱的程度與其成分的水合程度有關,每克約放熱100至150卡,而放熱的速率則隨時間依指數函數遞減,通常在最初三天內即釋出總熱量的50%,單是第一天就釋出了30%。

     

    若從放熱曲線研究,可以看出兩個放熱的高峰(見圖一),

     

    圖一:水泥調水後的放熱曲線。實線是在20時的放熱曲線,虛線分別為3040時的放熱曲線,可顯示出溫度愈高,放熱速率就愈早到達第二高峰

    第一個高峰相當陡峭,代表著高速的放熱反應,在 10 分鐘內就達到了最高點,這主要歸因於生石灰的水合及其他一些雜質的溶解作用。隨後的1至2小時內,水泥的放熱就達到一休止期,其主要原因是由於最初產生的膠體水合產物,已將未反應的水泥顆粒包住,使得水合反應暫時中止的緣故。再往後,顯然是由於水合產物所形成的覆蓋逐漸失效,水合反應又開始進行,在8至 10 小時之內,到達另一較低的高峰,然後在一長時間內緩慢下降。此一高峰的形成大致是由水泥的主要成分C3S的水合而來,其反應速率隨溫度而增加,而且也與水泥顆粒的表面積成正比。

    此外,水泥或混凝土有一特色,那就是它在水合過程中,只能產生高的抗壓強度,而其抗張強度卻很弱,這也就是要利用鋼筋來強化混凝土的原因。(抗張強度:物質受拉伸不致斷裂時所能承受的最大負載除以初始截面積)

     2.水泥水合行為 :

    混凝土組成材料中,膠結材料的性質,會隨著時間發生變化,特別是水泥。水泥加水後,產生一系列的化學放熱效反應(如上第一點說明),尤其在前3天更是千變萬化。水泥水化行為,反應在巨觀可見的短期性質是初凝(I.S.)和終凝(F.S.)。初凝指混凝土可工作的時段區間,約在水泥加水後3至5小時內,這一時段是混凝土施工的黃金時間,混凝土受擾動或振動產生分離時,可藉外力促成癒合,不會損傷混凝土品質。終凝指混凝土硬化,開始產生強度的時間,這時候任何的擾動或振動,導致產生龜裂時,混凝土是無法復原的。不過,在24小時以內,工地混凝土仍然相當脆弱,這時候應該認真的執行養護工作,才能獲得良好的品質。混凝土的水化特性可以清楚地說明,澆置後混凝土,即使受到搖動或振動,絕對不會像豆腐一樣分離或破碎的。


    一般混凝土,3天齡期時,抗壓強度約可達到30至40%,可用28天設計強度的三分之一加以估計。這時候混凝土側模大部份均已拆除。版、樑水平構材的支撐仍肩負著垂直荷重,養護工作也應持續進行著。7天齡期時,混凝土強度約可發展至設計強度的60至70%,可用28天設計強度的三分之二估計之,也是規範規定養護的最低天數,水平構件的支撐大部分均未拆除。隨齡期的成長,在混凝土設計、施工、養護得當的情形下,一般工地混凝土,理論上,28天時均可超越設計強度(f'c)以上,構件行為應可符合結構設計的需求。

    影響混凝土強度因素相當多,以上所敘述混凝土強度發展的性質,受混凝土配比、施工和養護條件,甚至混凝土料源穩定性發生變化等都有影響。

    3.混凝土施工所面臨高溫的挑戰  

     

    在炎熱天氣下進行混凝土施工時(即高於24攝氏度),高溫,低濕度和乾燥的風會加速混凝土的水分損失,使得混凝土乾燥和凝結過快,導致混凝土強度降低,收縮,開裂,壓光困難等問題。 

    乾燥的基底模板就像海綿,會將新澆築的混凝土裏至關重要的水分吸走。為防止水分過早流失,在澆築混凝土之前,將基底模板充分濕潤。

     

    由於高溫會導致塌落度損失,必須採取措施保護和冷卻混凝土。攪拌車,溜料槽,傳輸帶,漏斗,泵送帶等工具應塗上白色或者用濕麻布覆蓋以減低日照溫度。 在極端的情況下,可以在混凝土配料時使用冷卻後的水或者冰塊。因此在相同的塌落度下,混凝土溫度越高,每立方米體積所需要的水越多。 

    但為補償損失的塌落度而加水的做法是不可取的,因為這會使混凝土的強度降低,產生 開裂, 抗滲性減弱,起灰和剝落等問題。

    另外保護新鮮的混凝土,避免由於水分蒸發和極端溫度下對水合作用產生不良影響 –若混凝土內部的相對溼度低於80%時,水合作用即停止,則水泥無法達到應有的強度。這在炎熱天氣使尤其重要。 為取得最理想的強度和耐久性,混凝土必須有足夠的水滿足水合反應的需要,並保持在一個溫度,使水合反應得以快速連續發生。在養護期間, 溫度要儘量維持在最適合水合反應的溫度,即23攝氏度。 養護的方法分為兩種,一種是防止水分流失(即,覆蓋不透水的薄膜),另一種是在水合過程發生期間補充水份(即,圍水養護法,濕砂覆蓋法,等等)

     而我家目前是採在水合過程發生期間補充水份。

     

     

     

     

     

     

     

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