混凝土的強度

1、4.4 硬化混凝土的強度v在混凝土設(shè)計和質(zhì)量控制中，一般以強度作為評價其性能的主要指標(biāo)。強度是土木工程結(jié)構(gòu)對材料的基本要求。v混凝土的彈性模量、抗水性、抗?jié)B性、耐久性等性能都與強度有直接關(guān)系。可由強度數(shù)據(jù)推斷出其它性能的好壞。 與其它許多性能相比，強度試驗比較簡單直觀，通過制作試件，對其進(jìn)行強度試驗，測得的試件破壞時所能承受的最大內(nèi)應(yīng)力，即可計算得出混凝土的強度。一、混凝土的強度表示法1、混凝土強度試驗v混凝土的強度是通過對試件進(jìn)行強度試驗獲得的。v混凝土的強度試驗有：抗壓試驗（常見）l單軸受壓 混凝土受單方向壓力作用,工程中采用的強度一般是單軸抗壓強度；l多軸向受壓 混凝土受多方向壓應(yīng)力作用

2、抗拉試驗l直接拉伸試驗l劈裂試驗l抗彎試驗抗壓強度試驗v混凝土試件幾何形狀有立方體、棱柱體和圓柱體，我國以立方體試件為主立方體試件的邊長有100mm、150mm、 200mm三種；v試件的養(yǎng)護(hù)條件標(biāo)準(zhǔn)條件： 202C， 相對濕度95%；工程現(xiàn)場條件。PPPP2.混凝土抗壓強度的幾個基本概念v立方體抗壓強度v立方體強度標(biāo)準(zhǔn)值v強度等級v實際強度國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：制作邊長為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：制作邊長為150mm的立方體試的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件件，在標(biāo)準(zhǔn)條件(20 2 C，相對濕度，相對濕度95%)下，下，養(yǎng)護(hù)到養(yǎng)護(hù)到28天齡期，測得的抗壓強度值稱為天齡期，測得的抗壓強度值稱為混凝混凝土立方體抗壓強度土立

3、方體抗壓強度，以，以“fcu”表示。表示。 用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的一組若干個立方體抗用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的一組若干個立方體抗壓強度值的總體分布中的某一個值，低于該值壓強度值的總體分布中的某一個值，低于該值的百分率不超過的百分率不超過5%,該抗壓強度值稱為該抗壓強度值稱為立方體立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值。以。以“fcu,k”表示表示 根據(jù)混凝土立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)混凝土立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)劃分的等級，劃分的等級，以符號以符號C+混凝土立方體強度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土立方體強度標(biāo)準(zhǔn)值(fcu,k)表示。共有表示。共有12個等級，如個等級，如C30， 將試件在實際工程的溫濕度條件下養(yǎng)護(hù)將試件

4、在實際工程的溫濕度條件下養(yǎng)護(hù)28天，測得的立天，測得的立方體試件強度，作為混凝土施工質(zhì)量控制和驗收依據(jù)。方體試件強度，作為混凝土施工質(zhì)量控制和驗收依據(jù)。v軸心抗壓強度國家規(guī)范規(guī)定：用尺寸為150 mm 150 mm 300mm的標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件，按規(guī)定方法成型、標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天，測得的抗壓強度為軸心抗壓強度，以fcp表示；工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)；軸心抗壓強度與立方體抗壓強度的關(guān)系： fcp = (0.70.8)fcu換算系數(shù)與混凝土強度有關(guān)，強度越高，系數(shù)越小。非標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件強度換算系數(shù)試件形狀試件尺寸（）粗集料最大粒徑（）尺寸換算系數(shù) 立方體100100300.95150150401.0020

5、0200601.05 圓柱體（美、日）1503000.8如何求得立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值的？例如：一組試件的立方體抗壓強度值分別為32.1, 37.5, 35.1, 38.2, 40.2 , 29.5, 43.1, 42.3, 40.6, 30.2, 32.5, 37.4, 38.1, 37.4, 36.4, 33.8, 35.8, 36.2, 37.9, 39.2(MPa) ，共有20個數(shù)據(jù)。 用比較法可得：其抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值是30.2MPa； 因為20個數(shù)據(jù)中，小于30.2MPa的只有一個29.5MPa，百分率為5。 混凝土抗壓強度與抗拉強度的關(guān)系v混凝土的抗壓強度與抗拉強度沒有直接關(guān)系！v抗拉

6、強度與抗壓強度之比(拉壓比)取決于混凝土抗壓強度等級，強度等級越高，拉壓比越小。低等級混凝土的拉壓比為0.100.11；中等級混凝土的拉壓比為0.080.09；高等級混凝土的拉壓比為0.07二、二、混凝土受壓破壞機理 v混凝土受壓破壞過程 是內(nèi)部裂縫的發(fā)生、擴(kuò)展直致連通的過程，也是混凝土內(nèi)部固體相結(jié)構(gòu)從連續(xù)到不連續(xù)的發(fā)展過程。v受力狀態(tài)：由于粗骨料的強度和彈性模量大于水泥石的，在混凝土承受單向受壓時，使骨料的上下兩面產(chǎn)生壓應(yīng)力；而在骨料側(cè)面則產(chǎn)生拉應(yīng)力；由于力的傳遞在骨料的上下面形成一鍥形，因而在契形兩側(cè)的水泥石還受到剪應(yīng)力，而在裂縫的尖端會產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中?；炷潦軌浩茐牡娜N形式 v骨料

7、強度小于水泥石強度，則骨料劈裂破壞； v水泥石發(fā)生拉伸或剪切破壞； v水泥石與骨料的界面之間的粘結(jié)破壞。 普通混凝土普通混凝土剪切粘結(jié)破壞混凝土試件單軸受壓v裂縫的擴(kuò)展v原始裂縫存在的原因：水泥水化收縮導(dǎo)致骨料與水泥石之間和水泥石內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫； 由于水泥石與粗骨料的彈性模量的差異，溫濕度的變化而導(dǎo)致產(chǎn)生界面微裂縫； 混凝土拌和物的泌水現(xiàn)象，導(dǎo)致骨料下部形成水囊，干燥后即為界面裂縫。v混凝土內(nèi)部界面區(qū)對于混凝土受壓破壞很重要混凝土受壓破壞機理混凝土中的界面過渡區(qū)v研究混凝土的力學(xué)行為，將混凝土材料作為三相復(fù)合體是很有幫助的:硬化水泥漿水泥石骨料界面過渡區(qū) (TZ ) v過渡區(qū)特征過渡區(qū)以厚度約

8、為10-15 m的薄殼存在于粗骨料的周圍；在混凝土澆灌好后，在粗骨料周圍形成一層水膜，導(dǎo)致粗骨料周圍的水灰比大于整體水泥漿，所以界面過渡區(qū)多孔。過渡區(qū)比混凝土中其它兩相硬化水泥漿和骨料都弱，是混凝土中最薄弱的組份；混凝土過渡區(qū)結(jié)構(gòu)骨 料C-S-H鈣礬石CH裂縫擴(kuò)展的路徑和方向骨 料水泥石骨料周圍的界面區(qū)普通混凝土的微結(jié)構(gòu)裂縫沿界面區(qū)擴(kuò)展過 渡 區(qū)v過渡區(qū)是“鏈的最薄弱環(huán)節(jié)”，一般認(rèn)為是混凝土強度的“限制相”；v改善過渡區(qū)的措施：低水灰比（w/c ）摻加超細(xì)礦物摻合料(很大比表面積) 選用骨料的種類三、影響混凝土強度的因素 混凝土的強度fcu隨著齡期和養(yǎng)護(hù)不斷增長，主要有三方面的影響因素：組成材

9、料的特性與配合比（內(nèi)在因素）澆灌與養(yǎng)護(hù)條件（溫濕度、時間）生產(chǎn)工藝與條件此外，強度試驗參數(shù)影響到測試值。分析和掌握的思路： 材料的強度與其組成、結(jié)構(gòu)密切有關(guān) 組成：水泥、骨料和水及其特性與摻量； 結(jié)構(gòu)：組成材料及其分布、生產(chǎn)工藝與條 件、澆灌與養(yǎng)護(hù)制度等。1.組成材料的特性與配合比(1)水灰比v水泥水化理論需水量（23）遠(yuǎn)少于為保證混凝土拌和物和易性所需的水量（4070），剩余水將在混凝土中留下大量孔隙，而材料強度與孔隙率呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系； 毛毛 細(xì)細(xì) 孔孔 隙隙 率率 （ %） 抗抗壓壓強強度度（Mpa） 硬化水泥漿體強度-毛細(xì)孔隙率關(guān)系140v混凝土的強度隨著水灰比的減小而增加； 當(dāng) w/c

10、 0.5 降低到0.150.30； 混凝土抗壓強度從30MPa 提高到200800MPa！2. 澆灌與養(yǎng)護(hù)條件的影響新拌混凝土的和易性搗實程度與養(yǎng)護(hù)條件硬化混凝土的微結(jié)構(gòu)硬化混凝土的強度1)養(yǎng)護(hù) Curingv混凝土硬化過程中，人為地變化混凝土體周圍環(huán)境的溫度與濕度條件，使其微結(jié)構(gòu)和性能達(dá)到所需要的結(jié)果，稱為對混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度濕度v分析思路：水泥礦物的水化反應(yīng)與溫度、濕度的關(guān)系？混凝土致密、均勻的微結(jié)構(gòu)形成與溫度、濕度的關(guān)系？強度與濕養(yǎng)護(hù)v混凝土連續(xù)濕養(yǎng)護(hù)有利于混凝土強度的發(fā)展。v濕養(yǎng)護(hù)的措施：噴灑水浴用砂、木屑或薄膜覆蓋濕養(yǎng)護(hù)時間越長，混凝土強度越高timein air entire tim

11、emoist cured entire timein air after 3 daysin air after 7 daysStrength28100%澆灌與養(yǎng)護(hù)溫度的影響v三種情形:I. 澆灌和養(yǎng)護(hù)溫度相同. 溫度越高，強度增長越快，為什么？II. 不同溫度下澆灌，常溫下養(yǎng)護(hù) 養(yǎng)護(hù)溫度相同時，澆灌溫度越高，混凝土后期強度(180天)越低。III. 常溫下澆灌，不同溫度下養(yǎng)護(hù) 養(yǎng)護(hù)溫度越低，強度越低?；炷吝B續(xù)在21C下養(yǎng)護(hù)28天的試樣強度的百分率(%) 混凝土在指定的溫度下澆灌密封放置混凝土在指定的溫度下澆灌密封放置2 2小時后，再在小時后，再在2121 C C下養(yǎng)護(hù)到測試齡期下養(yǎng)護(hù)到測試齡

12、期說明：混凝土在說明：混凝土在21C下澆灌并放置下澆灌并放置6小時后，小時后，再在指定溫度下養(yǎng)護(hù)至測試齡期再在指定溫度下養(yǎng)護(hù)至測試齡期v養(yǎng)護(hù)溫度越低，強度越低；v養(yǎng)護(hù)溫度比澆灌溫度更重要!v冬天施工的混凝土必須采取措施保暖一段時間。v微觀研究表明：較低溫度的養(yǎng)護(hù)可以使得水泥石的結(jié)構(gòu)致密、均勻。為什么？2)齡期 混凝土強度在最初37d增長較快，然后逐漸緩慢下來。其隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長大致符合對數(shù)函數(shù)關(guān)系： f,n/f28 = lg n/lg 28 式中： fn n天齡期混凝土的抗壓強度，n3； f28 28天齡期混凝土的抗壓強度； 養(yǎng)護(hù)齡期對混凝土強度的影響3.試件與試驗參數(shù)對強度測試值的影響1)

13、試件形狀；2) 試件尺寸；3) 表面處理；4) 加載時間（加荷速度）；5) 試驗機的剛度等。 上述因素影響強度試驗值，而不是實際混凝土強度！試件尺寸的影響試件尺寸越大，混凝土強度測試值越偏低；試件尺寸越小，混凝土強度測試值越偏高；相對強度()試件尺寸(cm)0 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90其原因：環(huán)箍效應(yīng)，尺寸小，環(huán)箍效應(yīng)明顯缺陷概率，尺寸大，缺陷概率大試驗參數(shù)v含水狀態(tài)試驗時，要求試件是濕狀態(tài)；干燥試件比飽水試件強度高20 to 25% v原因: 水泥石內(nèi)部不連續(xù)壓力的存在v加荷條件恒定加荷速度加荷速度越快，測試值越高，反之亦然。v原因：材料對外加荷載的響應(yīng)問題：如何使得混凝土具有所需的強度？三條技術(shù)途徑：v原材料的選擇v配合比設(shè)計v澆灌和養(yǎng)護(hù) 水泥品種與強度等級 骨料品種、粒徑、級配 外加劑 水灰比 砂率 用水量或膠凝材料用量 溫度 濕度 時間總結(jié)v強度是混凝土的重要性能指標(biāo)，它與混凝土其它性能有著密切的關(guān)系；v混凝土強度主要是抗壓與抗拉強度，二者之間沒有直接關(guān)系；v抗壓強度采用單軸抗