混凝土的強(qiáng)度技術(shù)性能培訓(xùn)講義PPT

1、混凝土的強(qiáng)度技術(shù)性能培訓(xùn)講義 第三節(jié) 混凝土的強(qiáng)度1混凝土的強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(jí)（）抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)度等級(jí)值 立方體抗壓強(qiáng)度（fcu）按照標(biāo)準(zhǔn)的制作方法制成邊長為150的正立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件（溫度士2，相對濕度95以上）下，養(yǎng)護(hù)至28齡期，按照標(biāo)準(zhǔn)的測定方法測定其抗壓強(qiáng)度值，稱為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度”（以fcu表示, 以2即 a）測定混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度，也可以按粗骨料最大粒徑的尺寸而選用不同的試件尺寸。但在計(jì)算其抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)乘以換算系數(shù)，以得到相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)試件的試驗(yàn)結(jié)果。（對于邊長為 100的立方體試件，換算系數(shù)為0.95；邊長為200的立方體試件，換算系數(shù)為1.05）。立方體試件抗壓

2、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（fcu，k） 立方體抗壓強(qiáng)度（fcu）只是一組混凝土試件抗壓強(qiáng)度的算術(shù)平均值，并未涉及數(shù)理統(tǒng)計(jì)和保證率的概念。而立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（fcu,k）是按數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定，具有不低于保證率的立方體抗壓強(qiáng)度。強(qiáng)度等級(jí)混凝土的“強(qiáng)度等級(jí)”是根據(jù)“立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值”來確定的。我國現(xiàn)行規(guī)范（GB/T500812002）規(guī)定，普通混凝土按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分為：10、15、C20、C25、C30、C40、C45、C50、C55等強(qiáng)度等級(jí)。(2)軸心抗壓強(qiáng)度（fcp）為了使測得的混凝土強(qiáng)度接近于混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算軸心受壓構(gòu)件（例如柱子、衍架的腹桿等）時(shí)，都是

3、采用混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度作為依據(jù)。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（/T500812002）規(guī)定，測定軸心抗壓強(qiáng)度采用 棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件。試驗(yàn)證明，棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值為0.70.8。(3)劈裂抗拉強(qiáng)度（fts） 我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用標(biāo)準(zhǔn)試件立方體，按規(guī)定的劈裂抗拉試驗(yàn)裝置測得的強(qiáng)度為劈裂抗拉強(qiáng)度，簡稱劈拉強(qiáng)度fts 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：式中fts混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa； F破壞荷載，； 試件劈裂面面積，mm2。(4) 混凝土抗彎強(qiáng)度( fcf ) 道路路面或機(jī)場跑道用混凝土，是以抗彎強(qiáng)度（或稱抗折強(qiáng)度）為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。 水泥混凝土的抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)是以標(biāo)準(zhǔn)方法制備成 150mm150mm

4、550mm的梁形試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)后，按三分點(diǎn)加荷，測定其抗彎強(qiáng)度（fcf ），按下式計(jì)算： 式中fcf混凝土抗彎強(qiáng)度，； F破壞荷載，； 支座間距，mm； 試件截面寬度，mm； 試件截面高度，mm； 如為跨中單點(diǎn)加荷得到的抗折強(qiáng)度，按斷裂力學(xué)推導(dǎo)應(yīng)乘以折算系數(shù)0.85。2影響混凝土強(qiáng)度的因素 影響混凝土強(qiáng)度的主要因素有：（1）水泥強(qiáng)度與水灰比 水泥是混凝土中的活性組分，其強(qiáng)度大小直接影響著混凝土強(qiáng)度的高低。在配合比相同的條件下，所用的水泥標(biāo)號(hào)越高，制成的混凝土強(qiáng)度也越高。當(dāng)用同一品種同一標(biāo)號(hào)的水泥時(shí)，混凝土的強(qiáng)度主要取決于水灰比。因?yàn)樗嗨瘯r(shí)所需的結(jié)合水，一般只占水泥重量的左右，但在拌

5、制混凝土混合物時(shí)，為了獲得必要的流動(dòng)性，常需用較多的水（約占水泥重量的）?；炷劣不螅嘤嗟乃终舭l(fā)或殘存在混凝土中，形成毛細(xì)管、氣孔或水泡，它們減少了混凝土的有效斷面，并可能在受力時(shí)于氣孔或水泡周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，使混凝土強(qiáng)度下降。在保證施工質(zhì)量的條件下，水灰比愈小，混凝土的強(qiáng)度就愈高。但是，如果水灰比太小，拌合物過于干澀，在一定的施工條件下，無法保證澆灌質(zhì)量，混凝土中將出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，也將顯著降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。試驗(yàn)證明，混凝土強(qiáng)度，隨水灰比增大而降低，呈曲線關(guān)系，而混凝土強(qiáng)度與灰水比呈直線關(guān)系（圖68）。圖68 混凝土強(qiáng)度與水灰比及灰水比的關(guān)系 （）強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系； （）

6、強(qiáng)度與灰水比的關(guān)系 水泥石與骨料的粘結(jié)情況與骨料種類和骨料表面性質(zhì)有關(guān)，表面粗糙的碎石比表面光滑的卵石（礫石）的粘結(jié)力大，硅質(zhì)集料與鈣質(zhì)集料也有分別。在其他條件相同的情況下，碎石混凝土的強(qiáng)度比卵石混凝土的強(qiáng)度高。根據(jù)大量試驗(yàn)建立的混凝土強(qiáng)度公式：式中fcu,0混凝土28天抗壓強(qiáng)度, a； fce水泥的實(shí)際強(qiáng)度,a； 灰水比； 每立方米混凝土中水泥用量, kg; 每立方米混凝土中用水量, kg。 a,b為回歸系數(shù)，與骨料品種、水泥品種有關(guān)，其數(shù)值可通過試驗(yàn)求得。普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ552000）提供的a 、b 經(jīng)驗(yàn)值為： 采用碎石：a=0.46b0.07 采用卵石：a=0.48b =

7、0.33（2）養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度 混凝土強(qiáng)度的增長，是水泥的水化、凝結(jié)和硬化的過程，必須在一定的溫度和濕度條件下進(jìn)行。在保證足夠濕度情況下，不同養(yǎng)護(hù)溫度，其結(jié)果也不相同。溫度高，水泥凝結(jié)硬化速度快，早期強(qiáng)度高，所以在混凝土制品廠常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方法提高構(gòu)件的早期強(qiáng)度，以提高模板和場地周轉(zhuǎn)率。低溫時(shí)水泥混凝土硬化比較緩慢，當(dāng)溫度低至0以下時(shí)，硬化不但停止，且具有冰凍破壞的危險(xiǎn)。水泥的水化必須在有水的條件下進(jìn)行，因此，混凝土澆筑完畢后，必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?，以保證混凝土不斷地凝結(jié)硬化。（3） 齡期 在正常養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度的增長遵循水泥水化歷程規(guī)律，即隨著齡期時(shí)間的延長，強(qiáng)度也隨之

8、增長。最初內(nèi)，強(qiáng)度增長較快，以后增長較慢。但只要溫濕度適宜，其強(qiáng)度仍隨齡期增長。普通水泥制成的混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，其強(qiáng)度的發(fā)展，大致與其齡期的對數(shù)成正比（齡期不小于三天）式中fnnd齡期混凝土的抗壓程度, MPa； 28 28齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度, MPa； lg、lg 28（不小于3）和28的常用對數(shù)。實(shí)際工程中利用混凝土的成熟度來估算混凝土強(qiáng)度也是一種有效的方法?；炷恋某墒於仁侵富炷了?jīng)歷的時(shí)間和溫度的乘積的總和，單位為h。當(dāng)混凝土的初始溫度在某一范圍內(nèi)，并且在所經(jīng)歷的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生干燥失水的情況下，混凝土強(qiáng)度和成熟度的對數(shù)成線性關(guān)系。（4）施工質(zhì)量施工質(zhì)量的好壞對混凝土強(qiáng)度有非常

9、重要的影響。施工質(zhì)量包括配料準(zhǔn)確，攪拌均勻，振搗密實(shí)，養(yǎng)護(hù)適宜等。任何一道工序忽視了規(guī)范管理和操作，都會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低。 (5) 試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件對混凝土強(qiáng)度的測定也有直接影響。如試件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及溫濕度等，測定時(shí)，要嚴(yán)格遵照試驗(yàn)規(guī)程的要求進(jìn)行，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。3提高混凝土強(qiáng)度的措施（1）選用高強(qiáng)度水泥和低水灰比 水泥是混凝土中的活性組分，在相同的配合比情況下，所用水泥的強(qiáng)度等級(jí)越高，混凝土的強(qiáng)度越高。水灰比是影響混凝土程度的重要因素，試驗(yàn)證明，水灰比增加 ，則混凝土強(qiáng)度將下降，在滿足施工和易性和混凝土耐久性要求條件下，盡可能降低水灰比和提高水泥強(qiáng)度，這對提高混凝土的

10、強(qiáng)度是十分有效的。（2）摻用混凝土外加劑在混凝土中摻入減水劑，可減少用水量，提高混凝土強(qiáng)度；摻入早強(qiáng)劑，可提高混凝土的早期強(qiáng)度。在混凝土中摻入礦物外加劑（如磨細(xì)礦渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉等），可以節(jié)約水泥，降低成本；減少環(huán)境污染，改善混凝土諸多性能。（3）采用機(jī)械攪拌和機(jī)械振動(dòng)成型。采用機(jī)械攪拌、機(jī)械振搗的混合料，可使混凝土混合料的顆粒產(chǎn)生振動(dòng)，降低水泥漿的粘度和骨料的摩擦力，使混凝土拌合物轉(zhuǎn)入液體狀態(tài)，在滿足施工和易性要求條件下，可減少拌合用水量，降低水灰比。同時(shí)，混凝土混合物被振搗后，它的顆?；ハ嗫拷芽諝馀懦?，使混凝土內(nèi)部孔隙大大減少，從而使混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度大大提高。（4）采用濕

11、熱處理濕熱處理可分為蒸汽養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)兩類。蒸汽養(yǎng)護(hù)就是將成型后的混凝土制品放在100以下的常壓蒸汽中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。以加快混凝土強(qiáng)度發(fā)展的速度?；炷两?jīng)1620的蒸汽養(yǎng)護(hù)后，其強(qiáng)度即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28強(qiáng)度的70 80。蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土在175溫度和個(gè)大氣壓的蒸壓釜中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。主要適用于硅酸鹽混凝土拌合物及其制品。4.混凝土的變形性能引起混凝土變形的因素很多，歸納起來有兩類：非荷載作用下的變形和荷載作用下的變形1 混凝土在非荷載作用下的變形（1）化學(xué)收縮 混凝土在硬化過程中，由于水泥水化產(chǎn)物的體積小于反應(yīng)物（水和水泥）的體積，引起混凝土產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮。其收縮量是隨著混凝土齡期的延長而增加

12、，大致與時(shí)間的對數(shù)成正比一般在混凝土成型后40內(nèi)收縮量增加較快，以后逐漸趨向穩(wěn)定?；瘜W(xué)收縮是不可恢復(fù)的，可使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微細(xì)裂縫。（2）塑性收縮 混凝土成型后尚未凝結(jié)硬化時(shí)屬塑性階段，在此階段往往由于表面失水而產(chǎn)生收縮稱為塑性收縮。新拌混凝土若表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率時(shí)，會(huì)造成毛細(xì)管內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，因而使?jié){體中固體粒子間產(chǎn)生一定引力，便產(chǎn)生了收縮，如果引力不均勻作用于混凝土表面，則表面將產(chǎn)生裂紋。 預(yù)防塑性收縮開裂的方法是降低混凝土表面失水速率，采取防風(fēng)、降溫等措施。最有效的方法是凝結(jié)硬化前保持混凝土表面的濕潤，如在表面覆蓋塑料膜、噴灑養(yǎng)護(hù)劑等。（3）干濕變形 混凝土的干濕變形主

13、要取決于周圍環(huán)境濕度的變化，表現(xiàn)為干縮濕脹?；炷猎诟稍锟諝庵写娣艜r(shí)，混凝土內(nèi)部吸附水分蒸發(fā)而引起凝膠體失水產(chǎn)生緊縮，以及毛細(xì)管內(nèi)游離水分蒸發(fā)，毛細(xì)管內(nèi)負(fù)壓增大，也使混凝土產(chǎn)生收縮。如干縮后的混凝土再次吸水變濕后，一部分干縮變形是可以恢復(fù)的。 混凝土在水中硬化時(shí)，體積不變，甚至有輕微膨脹。這是由于凝膠體中膠體粒子的吸附水膜增厚，膠體粒子間距離增大所致。 混凝土的濕脹變形量很小，一般無破壞作用。但干縮變形對混凝土危害較大，干縮可能使混凝土表面出現(xiàn)拉應(yīng)力而導(dǎo)致開裂，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。 影響混凝土干縮的因素有：水泥品種和細(xì)度、水泥用量和用水量等?；鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥干縮大；水泥越

14、細(xì)，收縮也越大；水泥用量多，水灰比大，收縮也大；混凝土中砂石用量多，收縮?。簧笆礁蓛?，搗固越好，收縮也越小.（4）溫度變形 混凝土與其他材料一樣，也具有熱脹冷縮的性質(zhì)，混凝土的熱脹冷縮的變形，稱為溫度變形?；炷翜囟扰蛎浵禂?shù)約為 110-5，即溫度升高1，每m膨脹0.01。 溫度變形對大體積混凝土極為不利?；炷猎谟不跗?，水泥水化放出較多的熱量，而混凝土是熱的不良導(dǎo)體，散熱很慢，使混凝土內(nèi)部溫度升高，但外部混凝土溫度則隨氣溫下降，致使內(nèi)外溫差達(dá)5070，造成內(nèi)部膨脹及外部收縮，使外部混凝土產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)使混凝土產(chǎn)生裂縫。 因此，對大體積混凝土工程，應(yīng)設(shè)法降低混凝土的發(fā)熱量，如采用

15、低熱水泥，減少水泥用量，采用人工降溫措施以及對表層混凝土加強(qiáng)保溫保濕等，以減小內(nèi)外溫差，防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。 對縱向長度較大的混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮混凝土溫度變形所產(chǎn)生的危害，每隔一段長度應(yīng)設(shè)置溫度伸縮縫，以及在結(jié)構(gòu)內(nèi)配置溫度鋼筋。5混凝土在荷載作用下的變形 混凝土的受壓變形與破壞特征 硬化后的混凝土在未施加荷載前，由于水泥水化造成的化學(xué)收縮和物理收縮引起的砂漿體積的變化，在粗骨料與砂漿界面上產(chǎn)生了拉應(yīng)力，同時(shí)混凝土成型后的泌水聚積于粗骨料的下緣，混凝土硬化后形成為界面裂縫?；炷潦芡饬ψ饔脮r(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生了拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力很容易在具有幾何形狀為楔形的微裂縫頂部形成應(yīng)力集中，隨著拉應(yīng)

16、力的逐漸增大，導(dǎo)致微裂縫的進(jìn)一步延伸、匯合、擴(kuò)大，形成可見的裂縫，致使混凝土結(jié)構(gòu)喪失連續(xù)性而遭到完全破壞。 當(dāng)用混凝土立方體試件進(jìn)行單軸靜力受壓試驗(yàn)時(shí)，混凝土的荷載變形曲線如圖1所示，通過顯微觀察所查明的混凝土破壞過程各階段的裂縫狀態(tài)如圖2所示。 圖1混凝土的荷載變形曲線 圖2混凝土不同受力破壞階段的裂縫狀態(tài)示意圖 由此可見，荷載與變形的關(guān)系，是內(nèi)部微裂縫發(fā)展規(guī)律的體現(xiàn)。混凝土在外力作用下的變形和破壞過程，也就是內(nèi)部裂縫的發(fā)生和發(fā)展過程，它是一個(gè)從量變發(fā)展到質(zhì)變的過程。 第四節(jié) 混凝土的耐久性 混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長期保持其良好的使用性能的能力稱為混凝土的耐久性。提高混凝土耐久性，對于延長

17、結(jié)構(gòu)壽命，減少修復(fù)工作量，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義1混凝土的抗?jié)B性 混凝土的抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透的能力。 混凝土滲水的原因，是由于內(nèi)部孔隙形成連通的滲水孔道。這些孔道主要來源于水泥漿中多余水分蒸發(fā)而留下的氣孔、水泥漿泌水所產(chǎn)生的毛細(xì)管孔道、內(nèi)部的微裂縫以及施工振搗不密實(shí)產(chǎn)生的蜂窩、孔洞，這些都會(huì)導(dǎo)致混凝土滲漏水。 混凝土的抗?jié)B性以抗?jié)B等級(jí)來表示?？?jié)B等級(jí)是以28齡期的標(biāo)準(zhǔn)抗?jié)B試件，按規(guī)定方法試驗(yàn)，以不滲水時(shí)所能承受的最大水壓力來表示，劃分為P2、P4、P6、P8、P12 等等級(jí)，它們分別表示能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.2 MPa的水壓力而不滲透。 混凝土的抗?jié)B性與水灰

18、比有密切關(guān)系，還與水泥品種、骨料級(jí)配、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件以及是否摻外加劑、摻合料有關(guān)。2混凝土的抗凍性 混凝土的抗凍性是指混凝土在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，同時(shí)也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能。 混凝土抗凍性一般以抗凍等級(jí)表示。抗凍等級(jí)是采用齡期28的試塊在吸水飽和后，承受反復(fù)凍融循環(huán)，以抗壓強(qiáng)度下降不超過25，而且質(zhì)量損失不超過 時(shí)所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來確定的。5016492將混凝土劃分為以下抗凍等級(jí)：10、F15、F25、F50、F150、F200、F250、F300等九個(gè)等級(jí)，分別表示混凝土能夠承受反復(fù)凍融循環(huán)次數(shù)為10、25、25、50、100、150、200、250和

19、300次?；炷潦軆鋈谧饔闷茐牡脑?，是混凝土內(nèi)部的孔隙水在負(fù)溫下結(jié)冰后體積膨脹造成的靜水壓力，因冷凍水蒸汽壓的差別推動(dòng)未凍水向凍結(jié)區(qū)的遷移造成的滲透壓力，當(dāng)這兩種壓力所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫，多次凍融使裂縫不斷擴(kuò)展直至破壞。影響混凝土抗凍性的因素有：（）混凝土強(qiáng)度愈高，抵抗凍融破壞的能力越強(qiáng)，抗凍性越好。（）混凝土密實(shí)度、混凝土孔隙構(gòu)造及數(shù)量。密實(shí)度越小，開口孔隙愈多，水分愈易滲入，靜水壓力越大，抗凍性越差。（）混凝土孔隙充水程度。飽水程度愈高，凍結(jié)后產(chǎn)生的凍脹作用就大，抗凍性越差。（）水灰比。水灰比與孔隙率成正比，水灰比越大，且開口孔隙率大，抗凍性越差。（）外加劑。在混凝土中摻入引氣劑，可在水泥石中形成無數(shù)細(xì)小、均勻的氣泡，使之成為壓力水進(jìn)出的“水庫”，使靜水壓力和滲透壓力得以釋放，對冰凍破壞起到很好的緩沖作用。適宜的引氣量以為宜。3抗侵蝕性 抗侵蝕性是指混凝土在含有侵蝕性介質(zhì)環(huán)境中遭受到化學(xué)侵蝕、物理作用不破壞的能力。 混凝土的抗侵蝕性主要取決于水泥的品種、