淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性

淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性

李嘉進(jìn)

2008年8月淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!內(nèi)容提要混凝土強(qiáng)度的主要影響因素混凝土耐久性的主要影響因素工程實(shí)際中的一些問題對我國壩工設(shè)計(jì)中混凝土強(qiáng)度安全度和耐久性指標(biāo)的建議不同骨料對混凝土性能影響淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!混凝土強(qiáng)度的主要影響因素

水泥水灰比養(yǎng)護(hù)條件粉煤灰摻量混凝土試件尺寸和形狀淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!水灰比對混凝土強(qiáng)度的影響在其它條件相同時(shí)，水灰比越小，混凝土抗壓強(qiáng)度越高。二灘大壩混凝土水膠比與抗壓強(qiáng)度（Mpa）和齡期（d）關(guān)系

注：（1）膠材用量（含30%粉煤灰）；（2）試件為20cm立方體；（3）齡期長，混凝土的抗壓強(qiáng)度也高。

淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!粉煤灰摻量對抗壓強(qiáng)度的影響二灘大壩混凝土摻粉煤灰抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)表明，長齡期（二年）混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)摻量超過60%時(shí)，對強(qiáng)度有影響，而摻50%粉煤灰，2年齡斯的抗壓強(qiáng)度仍高于不摻粉煤灰混凝土試件強(qiáng)度的11%。三峽大壩混凝土摻粉煤灰試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表明：水膠比相同（0.45）粉煤灰摻量分別為20%和30%，28d的抗壓強(qiáng)度摻30%和煤灰試件抗壓強(qiáng)度只有摻20%粉煤灰試件強(qiáng)度的86.9%；90d齡期的強(qiáng)度兩者持平，180d齡期至5年的齡期，摻30%粉煤灰的試件強(qiáng)度比摻20%粉煤灰試件的強(qiáng)度高約9.6%。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!多軸受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)表明：雙軸、三軸受壓狀態(tài)的混凝土試件抗壓強(qiáng)度都高于單軸受壓的強(qiáng)度，但是拉壓受力狀態(tài)的混凝土抗壓強(qiáng)度隨著拉應(yīng)力的提高而降低，反之，隨著壓應(yīng)力的增大，而其抗拉強(qiáng)度也隨之相應(yīng)的降低。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!三軸受壓時(shí)的混凝土試件抗壓強(qiáng)度三軸抗壓強(qiáng)度隨著側(cè)向壓力的加大而提高，最高可達(dá)單軸抗壓強(qiáng)度的6倍以上。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!混凝土的不連續(xù)點(diǎn)的強(qiáng)度混凝土單軸抗壓強(qiáng)度，在應(yīng)力為其極限強(qiáng)度的60%以內(nèi)時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，當(dāng)應(yīng)力大于極限強(qiáng)度60%以后，約在60%~70%時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變不呈線性關(guān)系，此點(diǎn)即所謂不連續(xù)點(diǎn)強(qiáng)度；雙軸、三軸受壓的不連續(xù)點(diǎn)、強(qiáng)度約在70%左右，單拉、拉壓、拉壓壓不連續(xù)點(diǎn)強(qiáng)度約在80%左右。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!混凝土的容許使用強(qiáng)度根據(jù)混凝土的試件尺寸、受力狀態(tài)、加荷速度、不連續(xù)強(qiáng)度，可以建立混凝土的容許使用抗壓強(qiáng)度和容許使用抗拉強(qiáng)度如下：淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!混凝土的容許使用強(qiáng)度以15cm立方體為例，如果設(shè)計(jì)混凝土的抗壓強(qiáng)度等級為C50，那末容許使用的抗壓強(qiáng)度≤（0.278~0.318）×50=(13.9~15.9)Mpa設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C40時(shí)，容許使用的抗壓強(qiáng)度≤（11.12~12.72）Mpa；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30時(shí)，容許使用的抗壓強(qiáng)度≤（8.25~9.54）Mpa。最大的主拉應(yīng)力只容許使用混凝土極限抗拉強(qiáng)度的1/2。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!混凝土的抗凍性抗凍融指標(biāo)低的混凝土，經(jīng)過二、三十年運(yùn)行后，表層以下10cm~100cm的混凝土即已失去了強(qiáng)度，需要挖除修補(bǔ)，當(dāng)然混凝土抗凍融指標(biāo)與地區(qū)的氣候有關(guān)，在嚴(yán)寒地區(qū)，其抗凍融的指標(biāo)應(yīng)高。我國北方地區(qū)混凝土的抗凍融指標(biāo)應(yīng)大于F300，在南方地區(qū)的抗凍融指標(biāo)也不能低于F200，對于重大工程的抗凍融等級應(yīng)大于F250，或取F300。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!混凝土的抗裂能力混凝土的極限拉伸值、抗拉強(qiáng)度，對混凝土的抗裂能力起著重要作用。極限拉伸值小或抗拉強(qiáng)度低的混凝土，容易出現(xiàn)大量的裂縫，影響結(jié)構(gòu)物的耐久性。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!抑制混凝土堿骨料反應(yīng)問題

混凝土骨料中，如有活性成分，它與堿和水起作用，使混凝土脹裂。有關(guān)資料稱，堿硅活性反應(yīng)，其反應(yīng)物的尺寸，要比反應(yīng)前的SiO2原有尺寸增大24%。實(shí)際工程和試驗(yàn)表明，采取工程措施是可以有效的抑制其有害反應(yīng)的。在混凝土中摻入一定數(shù)量的混合材料（如粉煤灰、礦渣等）和外加劑，限制水泥中的堿含量以及限制每方混凝土的總堿含量，就可以有效的抑制混凝土堿骨料反應(yīng)的破壞作用。如果不采取工程抑制措施，必將會(huì)因?yàn)閴A骨料反應(yīng)破壞混凝土建筑物。

淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!一些工程混凝土凍融、滲漏破壞的實(shí)例豐滿水電站大壩高91m，長108m，混凝土量210萬m3，日偽時(shí)期修建，混凝土質(zhì)量低劣，漏水嚴(yán)重，運(yùn)行40年左右，出現(xiàn)混凝土大面積凍融破壞，總面積數(shù)萬平米，剝蝕深度20cm~50cm，最深達(dá)100cm。云豐水電站，重力壩高113.7m，長828m，混凝土量304.8萬m3，1966年建成，1971年檢查時(shí)，破壞面積達(dá)9000m2，占整個(gè)溢流面積50%左右，剝蝕深度5cm~50cm。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!一些工程混凝土凍融、滲漏破壞的實(shí)例港工混凝土工程，受凍融破壞更嚴(yán)重。如東北地區(qū)的大連港、葫蘆島港；華北地區(qū)的秦皇島港、塘沽港；華東地區(qū)的日照港等都有嚴(yán)重的凍融破壞的混凝土，最大深度達(dá)100cm。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!建議提高混凝土強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)歐美和日本等國多數(shù)采用混凝土試件為Ф15cm×30cm圓柱體的抗壓強(qiáng)度作為其安全系數(shù)的依據(jù)。朱伯芳院士對超過150m高拱壩混凝土抗壓安全系數(shù)進(jìn)行了換算成試件尺寸15cm的立方體，90d齡期，保證率80%統(tǒng)計(jì)，表明多數(shù)工程90d的安全系數(shù)在5以上，瓦依昂壩（262m高）為5.26；胡佛壩為8.67；黃尾壩為5.19；莫蘇羅克壩為5.19；羅期蘭壩5.69；黑部第四壩為5.13；康特拉壩為4.52；莫瓦桑壩為4.46；英古里拱霸3.90；小灣拱霸3.75；二灘拱霸3.64。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!建議提高混凝土強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)二灘拱壩原設(shè)計(jì)最大主壓應(yīng)力為8.6Mpa，運(yùn)行幾年后，實(shí)測的最大壓應(yīng)力達(dá)11.9Mpa，為原設(shè)計(jì)的1.38倍，而拉應(yīng)力原設(shè)計(jì)為-0.90Mpa，運(yùn)行幾年后實(shí)測的最大拉應(yīng)力達(dá)-3.56Mpa，為原設(shè)計(jì)的3.95倍；以上情況告訴我們，混凝土的抗壓強(qiáng)度必須要有足夠余量，抗拉強(qiáng)度更要有富余量。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!建議提高混凝土強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)二灘大壩實(shí)際的混凝土抗壓強(qiáng)度反饋折算成15cm立方體試件的抗壓強(qiáng)度，分別計(jì)算180d和90d齡期的設(shè)計(jì)最大主壓應(yīng)力和實(shí)測的最大壓應(yīng)力的安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果：淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!提高混凝土抗凍指標(biāo)在北方氣溫低，至少應(yīng)取F300或更高些，正如前面介紹的，蘇聯(lián)的薩揚(yáng)舒申斯克壩抗凍指標(biāo)F400，而瑞士的莫瓦桑壩為F1000，康特拉壩為F5000，混凝土中摻適量的引氣劑，含氣量達(dá)到4~5%，是容易達(dá)到高抗凍融指標(biāo)的。有引氣的混凝土，凍融300次循環(huán)，其相對動(dòng)彈性模量仍還在95%以上，而沒有引氣的混凝土在凍融75次以后，其相對動(dòng)彈性模量下降到規(guī)定的60%。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!提高混凝土抗?jié)B指標(biāo)康特拉壩（220m高），對混凝土抗?jié)B要求為：2倍水頭作用下，試件不滲水，相當(dāng)于W40以上。美國規(guī)定混凝土滲透系數(shù)K<1.5×10-9cm/s，相當(dāng)于我國抗?jié)B指標(biāo)W12。建議我國對于高拱壩混凝土的抗?jié)B指標(biāo)應(yīng)大于W12，對于引水建筑物中與水接觸的混凝土抗?jié)B指標(biāo)也應(yīng)達(dá)到W12。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!控制水膠比國外一些高拱壩混凝土的水膠比<0.50；美國ACI建議：暴露在淡水中混凝土的水灰比≯0.48，暴露在海水中混凝土的水灰比≯0.44。為了保證高拱壩混凝土的強(qiáng)度和耐久性，建議必須嚴(yán)格控制水膠比<0.50，發(fā)電引水隧洞混凝土的水膠比，也不要超過0.50。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!骨料對混凝土強(qiáng)度的影響碎石比河卵石混凝土強(qiáng)度提高10%，河卵石的比表面積約為碎石的80%，因此碎石混凝土要比河卵石混凝土多用膠凝材料。骨料的母巖濕抗壓強(qiáng)度要為混凝土配合比強(qiáng)度的1.5倍和大于60MPa。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!骨料對混凝土彈性模量、徐變度的影響白云巖骨料混凝土的彈性模量比正長巖骨料混凝土的彈性模量高約55%~63%。正長巖骨料混凝土的徐變度比白云巖骨料混凝土徐變度大30%以上。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!結(jié)語混凝土工程是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,要使混凝土建筑物能在設(shè)計(jì)要求的期限內(nèi)安全運(yùn)行,無論是勘測設(shè)計(jì),混凝土原材料選擇,混凝土配合比,施工質(zhì)量控制,施工組織管理,施工監(jiān)理,業(yè)主等都要緊密配合,而其中最重要的是作好設(shè)計(jì)工作,設(shè)計(jì)是工程的龍頭,而混凝土施工的每道工序都必須嚴(yán)格控制，嚴(yán)格遵守施工規(guī)范，混凝土的質(zhì)量應(yīng)完全滿足設(shè)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)要求。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!水泥對混凝土強(qiáng)度的影響混凝土的強(qiáng)度與水泥的強(qiáng)度等級成正比，也與水灰比成正比，而水泥的強(qiáng)度取決于其化學(xué)成分和其各礦物組成與比例以及水化程度。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!不同養(yǎng)護(hù)條件對混凝土強(qiáng)度的影響混凝土試件在空氣中養(yǎng)護(hù)是收縮的，特別是在濕度<50%的更甚，而在潮濕狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)是呈膨脹狀態(tài)。試驗(yàn)表明：在空氣中養(yǎng)護(hù)的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度只有在潮濕狀態(tài)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度的50%~70%。混凝土澆筑完的初凝后即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)是非常重要的，即要保持混凝土表面潮濕狀態(tài)。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!混凝土試件尺寸和形狀對強(qiáng)度的影響混凝土試件尺寸大的抗壓強(qiáng)度比試件小的抗壓強(qiáng)度低。當(dāng)試件尺寸大到一定程度后，其抗壓強(qiáng)度相差就很小了。試件形狀對抗壓強(qiáng)度的影響：Ф15cm×30cm=0.80RC15Ф15cm×30cm=0.84RC20Ф45cm×90cm=（0.71-0.82）Ф15cm×30cmФ45cm×90cm=（0.568-0.65）RC15混凝土原級配大試件直拉強(qiáng)度與濕篩后標(biāo)準(zhǔn)試件（小試件）的直拉強(qiáng)度的比值約0.66：RL45cm=0.66RL10

淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!雙軸受壓的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表明：當(dāng)側(cè)向壓力與單軸抗壓強(qiáng)度的比值≤0.35，雙向壓力表示如下：淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!拉-壓受力狀態(tài)下的混凝土試件強(qiáng)度試驗(yàn)表明，其關(guān)系為：淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!長期荷載與瞬間荷載混凝土強(qiáng)度關(guān)系朱伯芳院士的文稱：“同樣的混凝土試件，如用常規(guī)速度加荷的強(qiáng)度為P，那么施加0.9P到1小時(shí)左右破壞；施加0.77P，1年左右破壞；施加0.7P，30年左右破壞”。也有些資料稱，長期荷載與短期（常規(guī)速度）荷載的抗壓強(qiáng)度關(guān)系為0.70-0.80。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!混凝土的容許使用強(qiáng)度如果單軸受壓的混凝土容許使用強(qiáng)度簡化為Bc×Rc；單軸抗拉的混凝土容許使用強(qiáng)度簡化為Bt×Rt，我們可以得到不同試件的Bc和Bt，其關(guān)系如下：Ф45cm×90cm圓柱體的Bc=0.525，Bt=0.763（軸拉）Ф15cm×30cm圓柱體的Bc=0.402，Bt=0.565（剪拉）15cm15cm15cm立方體的Bc=（0.278-0.315）,Bt=0.505（剪拉）淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!混凝土耐久性的主要影響因素

抗凍性抗?jié)B性抗裂能力抗碳化性能堿骨料反應(yīng)淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!混凝土的抗?jié)B性如果混凝土的抗?jié)B指標(biāo)低（或滲透系數(shù)大），由于水的滲透，將混凝土中的Ca(OH)2（以CaO量計(jì)算）被溶出25%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度就要下降50%，當(dāng)溶出超過33%時(shí)，混凝土將完全失去強(qiáng)度而松散破壞。美國規(guī)定：對于有耐久性要求的水工混凝土建筑物，它的混凝土滲透系數(shù)K<1.5×10-9cm/s，相當(dāng)于我國抗?jié)B指標(biāo)W12。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!混凝土抗碳化問題碳化可使銹蝕的鋼筋體積增大2-4倍，使混凝土脹裂。水灰比與抗碳化年限關(guān)系（鋼筋凈保護(hù)層厚35mm）

不同密實(shí)的混凝土在相同條件下30年后的碳化深度

淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!工程實(shí)際中的相關(guān)問題

根據(jù)已有的統(tǒng)計(jì)資料，建國以來到1999年底，全國已建大中小水庫

84083座，其中有病危的30433座，約占總量的36%，要耗費(fèi)大量資金、人力去修復(fù)加固，主要原因是歷史條件，當(dāng)年設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，過分的強(qiáng)調(diào)節(jié)約等原因所致。最近報(bào)導(dǎo)，淮河上有20多座水庫的病壩已全部修好，這些病危的壩只運(yùn)行了40年左右。如佛子嶺混凝土連拱壩高75.9m，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為240kg/cm2，沒有抗?jié)B、抗凍的要求，運(yùn)行不到40年，經(jīng)檢查壩的上游面混凝土的抗壓強(qiáng)度比內(nèi)部混凝土低25%，碳化深度35mm。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!一些工程混凝土凍融、滲漏破壞的實(shí)例北京地區(qū)的下馬嶺水電站，1960年建成，運(yùn)行30年左右，凍融破壞面積達(dá)300~500m2；下葦?shù)榇髩?9.5m高，長220.5m，1975年投入運(yùn)行20年左右，凍融破壞面積1500m2，深度7cm左右。江蘇省萬福水閘，月平均氣溫0℃以上，最冷氣溫-10℃左右，1960年建成后運(yùn)行至1963年在閘墩的水位變化區(qū)出現(xiàn)凍融剝蝕，到1985年融蝕破壞面積達(dá)1500m2，深度10cm左右，鋼筋已露出。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!建議提高混凝土強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)一些工程大壩混凝土破壞的原因：混凝土的強(qiáng)度偏低，耐久性指標(biāo)偏低。我國現(xiàn)行壩工設(shè)計(jì)混凝土抗壓強(qiáng)度的安全度比國外的低，特別是某些高拱壩的混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)，值得商榷。有關(guān)資料認(rèn)為我國的大部分工程設(shè)計(jì)的安全度只有歐美的2/3。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!建議提高混凝土強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)大壩建成后，由于各種原因，大壩混凝土的應(yīng)力將會(huì)有變化，有的會(huì)比原設(shè)計(jì)高出不少。英古里壩，設(shè)計(jì)的最大主壓應(yīng)力為8.6Mpa，運(yùn)行幾年后，實(shí)測的壓應(yīng)力達(dá)14.1Mpa，是原設(shè)計(jì)的1.64倍；契爾蓋壩，原設(shè)計(jì)最大主壓應(yīng)力為7.9Mpa，運(yùn)行幾年后，實(shí)測的壓應(yīng)力達(dá)12.3Mpa，為原設(shè)計(jì)的1.56倍；淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!建議提高混凝土強(qiáng)度指標(biāo)我國原拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范：混凝土的強(qiáng)度除以最大主壓應(yīng)力，等于4（即為安全系數(shù)，齡期90d，試件尺寸20cm立方體），如果試件尺寸為15cm立方體，則應(yīng)取安全系數(shù)K=4.2；現(xiàn)時(shí)我國一些高拱壩的混凝土抗壓強(qiáng)度安全系數(shù)取K=4，試件尺寸15cm立方體，齡期180d，安全系數(shù)比90d齡期的還要小。淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性共46頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!提高混凝土耐久性指標(biāo)抗凍指標(biāo)抗?jié)B指標(biāo)極限拉伸值水膠比淺談混凝土