浅谈混凝土强度和耐久性

1、建议提高混凝土强度和耐久性指标 二滩拱坝原设计最大主压应力为8.6Mpa，运行几年后，实测的最大压应力达11.9Mpa，为原设计的1.38倍，而拉应力原设计为-0.90Mpa，运行几年后实测的最大拉应力达-3.56Mpa，为原设计的3.95倍； 以上情况告诉我们，混凝土的抗压强度必须要有足够余量，抗拉强度更要有富余量。 建议提高混凝土强度指标 我国原拱坝设计规范：混凝土的强度除以最大主压应力，等于4（即为安全系数，龄期90d，试件尺寸20cm立方体），如果试件尺寸为15cm立方体，则应取安全系数K 4.2； 现时我国一些高拱坝的混凝土抗压强度安全系数取K 4，试件尺寸15cm立方体，龄期180

2、d，安全系数比90d龄期的还要小。 建议提高混凝土强度指标 根据二滩大坝实际的混凝土抗压强度反馈折算成 15cm立方体试件的抗压强度，分别计算180d和90d 龄期的设计最大主压应力和实测的最大压应力的安 全系数，计算结果： 提高混凝土耐久性指标 抗冻指标 抗渗指标 极限拉伸值 水胶比 提高混凝土抗冻指标 在北方气温低，至少应取F300或更高些，正如前面介绍的，苏联的萨扬舒申斯克坝抗冻指标F400，而瑞士的莫瓦桑坝为F1000，康特拉坝为F5000，混凝土中掺适量的引气剂，含气量达到45%，是容易达到高抗冻融指标的。 有引气的混凝土，冻融300次循环，其相对动弹性模量仍还在95%以上，而没有引

3、气的混凝土在冻融75次以后，其相对动弹性模量下降到规定的60%。 提高混凝土抗冻指标 掺引气剂混凝土还有减少碱骨料反应引起膨胀的功能，可以提高混凝土抗硫酸盐侵蚀作用； 试验表明，掺气的混凝土不仅可以提高其抗冻融能力，而且还可提高其抗渗能力，如混凝土中含气量达4.8%时，其渗透系数只有没掺气剂混凝土的1/5。 提高混凝土抗渗指标 康特拉坝（220m高），对混凝土抗渗要求为：2倍水头作用下，试件不渗水，相当于W40以上。美国规定混凝土渗透系数K 1.5×10-9cm/s，相当于我国抗渗指标W12。 建议我国对于高拱坝混凝土的抗渗指标应大于W12，对于引水建筑物中与水接触的混凝土抗渗指标也

4、应达到W12。 混凝土的极限拉伸值 影响因素很多，特别是骨料的类别影响大，如灰岩骨料的混凝土，它的极限拉件值90d龄期可大于1.2×10-4，二滩的正长岩骨料混凝土的极限拉件值90d龄期的 （1.07-1.17）×10-4；但有的玄武岩骨料混凝土的极限拉伸值，180d龄期也难达到大于1.1×10-4。 建议高拱坝混凝土90d龄期的极限拉伸值1.0×10-4。 控制水胶比 国外一些高拱坝混凝土的水胶比 0.50；美国ACI建议：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。 为了保证高拱坝混凝土的强度和耐久性，建议必须严格控制水胶

5、比 0.50，发电引水隧洞混凝土的水胶比，也不要超过0.50。 不同骨料对混凝土性能的影响 影响强度 影响极限拉伸值 影响弹性模量 影响徐变度 影响线胀系数 骨料对混凝土强度的影响 碎石比河卵石混凝土强度提高10%，河卵石的比表面积约为碎石的80%，因此碎石混凝土要比河卵石混凝土多用胶凝材料。 骨料的母岩湿抗压强度要为混凝土配合比强度的1.5倍和大于60MPa。 骨料对混凝土极限拉伸值的影响 石灰岩骨料混凝土比二滩正长岩混凝土的极限拉伸值约高5%,比河卵石混凝土极限拉伸值约高13%。 二滩同标号 30MPa 的白云岩骨料混凝土的极限拉伸值只有二滩正长岩混凝土的极限拉伸值的55%。 骨料对混凝土

6、弹性模量、徐变度的影响 白云岩骨料混凝土的弹性模量比正长岩骨料混凝土的弹性模量高约55%63%。 正长岩骨料混凝土的徐变度比白云岩骨料混凝土徐变度大30%以上。 骨料对混凝土膨胀性的影响 白云岩骨料混凝土的线胀系数比正长岩混凝土的线胀系数大22%。 活性骨料会对混凝土的体积产生胀裂破坏作用,只要采取工程措施即可控制。 结 语 混凝土工程是一个非常复杂的系统工程,要使混凝 土建筑物能在设计要求的期限内安全运行,无论是勘 测设计,混凝土原材料选择,混凝土配合比,施工质量控 制,施工组织管理,施工监理,业主等都要紧密配合,而 其中最重要的是作好设计工作,设计是工程的龙头,而 混凝土施工的每道工序都必

7、须严格控制，严格遵守 施工规范，混凝土的质量应完全满足设计各项指标 要求。 谢谢大家！ 欢迎批评指正。 第 * 页 第 * 页 <B style='color:black;background-color:#ffff66'>浅谈</B>混凝土强度和耐久性李嘉进2008年8月 内容提要 混凝土强度的主要影响因素 混凝土耐久性的主要影响因素 工程实际中的一些问题 对我国坝工设计中混凝土强度安全度和耐久性指标的建议 不同骨料对混凝土性能影响 混凝土强度的主要影响因素 水泥 水灰比 养护条件 粉煤灰掺量 混凝土试件尺寸和形状 水泥对混凝土强度的影响 混凝土的强度

8、与水泥的强度等级成正比，也与水灰 比成正比，而水泥的强度取决于其化学成分和其各 矿物组成与比例以及水化程度。 水灰比对混凝土强度的影响 在其它条件相同时，水灰比越小，混凝土抗压强度越高。 二滩大坝混凝土水胶比与抗压强度（Mpa）和龄期（d）关系 注：（1）胶材用量（含30%粉煤灰）； （2）试件为20cm立方体； （3）龄期长，混凝土的抗压强度也高。 不同养护条件对混凝土强度的影响 混凝土试件在空气中养护是收缩的，特别是在湿度 50%的更甚，而在潮湿状态下养护是呈膨胀状态。 试验表明：在空气中养护的混凝土试件的抗压强度只有在潮湿状态养护试件抗压强度的50%70%。 混凝土浇筑完的初凝后即进行养

9、护是非常重要的，即要保持混凝土表面潮湿状态。 粉煤灰掺量对抗压强度的影响 二滩大坝混凝土掺粉煤灰抗压强度的试验表明，长龄期（二年）混凝土的抗压强度，当掺量超过60%时，对强度有影响，而掺50%粉煤灰，2年龄斯的抗压强度仍高于不掺粉煤灰混凝土试件强度的11%。 三峡大坝混凝土掺粉煤灰试件抗压强度试验表明：水胶比相同（0.45）粉煤灰掺量分别为20%和30%，28d的抗压强度掺30%和煤灰试件抗压强度只有掺20%粉煤灰试件强度的86.9%；90d龄期的强度两者持平，180d龄期至5年的龄期，掺30%粉煤灰的试件强度比掺20%粉煤灰试件的强度高约9.6%。 混凝土试件尺寸和形状对强度的影响 混凝土试

10、件尺寸大的抗压强度比试件小的抗压强度低。当试件尺寸大到一定程度后，其抗压强度相差就很小了。 试件形状对抗压强度的影响 ： 15cm×30cm 0.80RC15 15cm×30cm 0.84RC20 45cm×90cm （0.71-0.82）15cm×30cm 45cm×90cm （0.568-0.65）R C15 混凝土原级配大试件直拉强度与湿筛后标准试件（小试件）的直拉强度的比值约0.66： RL45cm 0.66RL10 多轴受力状态下混凝土的强度 试验表明：双轴、三轴受压状态的混凝土试件抗压强度都高于单轴受压的强度，但是拉压受力状态的混凝

11、土抗压强度随着拉应力的提高而降低，反之，随着压应力的增大，而其抗拉强度也随之相应的降低。 双轴受压的抗压强度 试验表明： 当侧向压力与单轴抗压强度的比值 0.35，双向压力表示如下： 三轴受压时的混凝土试件抗压强度 三轴抗压强度随着侧向压力的加大而提高，最高可 达单轴抗压强度的6倍以上。 拉-压受力状态下的混凝土试件强度 试验表明，其关系为 ： 混凝土的不连续点的强度 混凝土单轴抗压强度，在应力为其极限强度的60% 以内时，应力应变呈线性关系，当应力大于极限强 度60%以后，约在60%70%时，应力应变不呈线性 关系，此点即所谓不连续点强度；双轴、三轴受压 的不连续点、强度约在70%左右，单拉

12、、拉压、拉 压压不连续点强度约在80%左右。 长期荷载与瞬间荷载混凝土强度关系 朱伯芳院士的文称：“同样的混凝土试件，如用常规 速度加荷的强度为P，那么施加0.9P到1小时左右破 坏；施加0.77P，1年左右破坏；施加0.7P，30年左 右破坏”。也有些资料称，长期荷载与短期（常规速 度）荷载的抗压强度关系为0.70-0.80。 混凝土的容许使用强度 根据混凝土的试件尺寸、受力状态、加荷速度、不 连续强度，可以建立混凝土的容许使用抗压强度和 容许使用抗拉强度如下： 混凝土的容许使用强度 如果单轴受压的混凝土容许使用强度简化为 Bc×Rc；单轴抗拉的混凝土容许使用强度简化为 Bt

13、15;Rt，我们可以得到不同试件的Bc和Bt，其关系 如下： 45cm×90cm圆柱体的Bc 0.525， Bt 0.763（轴拉） 15cm×30cm圆柱体的Bc 0.402， Bt 0.565（剪拉） 15cm15cm15cm立方体的Bc （0.278-0.315）,Bt 0.505（剪拉） 混凝土的容许使用强度 以15 cm立方体为例，如果设计混凝土的抗压强度等级为C50，那末容许使用的抗压强度（0.2780.318）×50 13.915.9 Mpa 设计强度等级为C40时，容许使用的抗压强度（11.1212.72）Mpa；设计强度等级为C30时，容许使用的抗压强度（8.259.54）Mpa。最大的主拉应力只容许使用混凝土极限抗拉强度的1/2。 混凝土耐久性的主要影响因素 抗冻性 抗渗性 抗裂能力 抗碳化性能 碱骨料反应 混凝土的抗冻性 抗冻融指标低的混凝土，经过二、三十年运行后， 表层以下10cm100cm的混凝土即已失去了强度， 需要挖除修补，当然混凝土