第四章混凝土2

1、土木工程材料第四章第四章 混凝土混凝土CONCRETECONCRETE2 2 硬化后混凝土的性质硬化后混凝土的性质n混凝土是由水泥石和粗、细集料组成的复合材料，它是一混凝土是由水泥石和粗、细集料组成的复合材料，它是一种不十分密实的非匀质多项分散体，其种不十分密实的非匀质多项分散体，其力学性能取决于水力学性能取决于水泥石和集料的性质，以及水泥石与集料的胶接能力。泥石和集料的性质，以及水泥石与集料的胶接能力。n强度是混凝土硬化后的主要力学性能强度是混凝土硬化后的主要力学性能，也是工程施工中控也是工程施工中控制和评定混凝土质量的主要指标。制和评定混凝土质量的主要指标。它与混凝土的其他性能它与混凝土的

2、其他性能关系密切。混凝土的强度有抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度关系密切。混凝土的强度有抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度等，等，其中又以抗压强度值最大，是混凝土强度中最主要的其中又以抗压强度值最大，是混凝土强度中最主要的性能。它是结构设计的主要参数，也常用作评定混凝土质性能。它是结构设计的主要参数，也常用作评定混凝土质量的指标。量的指标。 n混凝土受压破坏有三种可能情况：混凝土受压破坏有三种可能情况：一是集料先破坏；二是一是集料先破坏；二是水泥石先破坏；三是水泥石与集料界面先破坏。水泥石先破坏；三是水泥石与集料界面先破坏。通常配制通常配制混凝土的集料强度一般均比水泥石强度高，所以第一种情混凝土的集料强度一

3、般均比水泥石强度高，所以第一种情况不会发生；如果混凝土配制的合理，即选用的水泥强度、况不会发生；如果混凝土配制的合理，即选用的水泥强度、水泥用量和用水量合理，并保证施工质量，第二种情况也水泥用量和用水量合理，并保证施工质量，第二种情况也不会发生；第三种情况可能性最大，也就是破坏最先发生不会发生；第三种情况可能性最大，也就是破坏最先发生在水泥石与集料（指粗集料）的界面上。在水泥石与集料（指粗集料）的界面上。n水泥熟料颗粒水化放出大量的水泥熟料颗粒水化放出大量的Ca2+，泌水作用把，泌水作用把Ca2+带到带到了骨料的下面，并在骨料下富集，形成了界面过渡区，了骨料的下面，并在骨料下富集，形成了界面过

4、渡区，在在界面过渡区内水灰比大于水泥石中的水灰比，氢氧化钙平界面过渡区内水灰比大于水泥石中的水灰比，氢氧化钙平行粗骨料表面，孔隙率大，水化硅酸钙凝较少，所以形成行粗骨料表面，孔隙率大，水化硅酸钙凝较少，所以形成了水泥石与集料之间的薄弱层。了水泥石与集料之间的薄弱层。 n硬化后的混凝土在未受外力之前，其内部已经存在一定的硬化后的混凝土在未受外力之前，其内部已经存在一定的界面微裂缝，这些裂纹主要是由于水泥水化造成的界面微裂缝，这些裂纹主要是由于水泥水化造成的化学收化学收缩而引起水泥石体积变化，缩而引起水泥石体积变化，使水泥石与集料的界面上产生使水泥石与集料的界面上产生了分布不均匀的拉应力，从而导致

5、界面上形成了许多微细了分布不均匀的拉应力，从而导致界面上形成了许多微细的裂缝。的裂缝。n另外，也由于另外，也由于混凝土成型后的泌水作用而在粗集料下缘形混凝土成型后的泌水作用而在粗集料下缘形成水隙，在混凝土硬化后成为界面裂缝。成水隙，在混凝土硬化后成为界面裂缝。n当混凝土受荷时，这些界面微裂缝会逐渐扩大、延长并汇当混凝土受荷时，这些界面微裂缝会逐渐扩大、延长并汇合连通起来（受力同时混凝土界面会产生应力集中，更加合连通起来（受力同时混凝土界面会产生应力集中，更加速裂缝的发展），形成可见的裂缝，致使混凝土结构丧失速裂缝的发展），形成可见的裂缝，致使混凝土结构丧失连续性而遭到完全破坏。连续性而遭到完全

6、破坏。在拉伸荷载作用下，微裂缝的扩在拉伸荷载作用下，微裂缝的扩展比受压荷载作用时更为迅速，混凝土的脆性破坏更明显。展比受压荷载作用时更为迅速，混凝土的脆性破坏更明显。n2.12.1混凝土的强度与强度等级混凝土的强度与强度等级（）抗压强度标准值和强度等级值（）抗压强度标准值和强度等级值n立方体抗压强度（立方体抗压强度（f fcucu）：按照标准的制作方法制成边长）：按照标准的制作方法制成边长为为150150的正立方体试件，在标准养护条件（温度的正立方体试件，在标准养护条件（温度 2 2，相对湿度，相对湿度9595以上）下，养护至以上）下，养护至2828龄期，按照标龄期，按照标准的测定方法测定其抗

7、压强度值，称为混凝土立方体抗压准的测定方法测定其抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度强度”（以（以f fcucu表示表示, , 以以2 2即即 a a）测定混凝土立方体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同的试件尺寸。测定混凝土立方体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同的试件尺寸。a 混凝土试件受压破坏后形状分析 n下图是混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状，请分析试件破坏后所得形状的原因。 破坏后试件的形状是环箍效应所致。 b b 试件尺寸换算系数讨论试件尺寸换算系数讨论n混凝土标准试件为边长混凝土标准试件为边长150 mm150 mm的立方体，以相同的混的

8、立方体，以相同的混凝土另制得边长分别为凝土另制得边长分别为200 mm200 mm和和100 mm100 mm的两种非标准的两种非标准立方体试块，非标准立方体试块的抗压强度为读数值立方体试块，非标准立方体试块的抗压强度为读数值乘以乘以尺寸换算尺寸换算系数。请讨论试件尺寸换算系数。系数。请讨论试件尺寸换算系数。试件尺寸(mm )骨料最大粒径(mm)强度换算系数 100100100150150150200200200 31.54063 0.9511.05n世界各国用于确定混凝土强度等级的方法尚未世界各国用于确定混凝土强度等级的方法尚未统一。美国、日本、国际标准化组织统一。美国、日本、国际标准化组织

9、(1S0)(1S0)、欧、欧洲混凝土委员会洲混凝土委员会(CEB)(CEB)和国际预应力学会和国际预应力学会(FIP)(FIP)等国家和组织规定采用圆柱体作为测定混凝土等国家和组织规定采用圆柱体作为测定混凝土抗压强度的标准试块。圆柱体的直径为抗压强度的标准试块。圆柱体的直径为6 6英寸、英寸、高为高为1212英寸英寸(1(1英寸：英寸：25254mm)4mm)，或直径为，或直径为150mm150mm、高为高为300mm300mm。俄罗斯、英国、德国等一些国家和。俄罗斯、英国、德国等一些国家和我国一样。我国一样。n混凝土采用混凝土采用标准试件标准试件在标准条件下测定其抗压在标准条件下测定其抗压强

10、度，是为了具有强度，是为了具有可比性可比性。实际工程中，允许。实际工程中，允许采用非标准尺寸的试件，有时也测定非标准养采用非标准尺寸的试件，有时也测定非标准养护条件下的混凝土强度，将混凝土试件与工程护条件下的混凝土强度，将混凝土试件与工程中的混凝土构件采用同样条件养护，到规定龄中的混凝土构件采用同样条件养护，到规定龄期进行试验，用以检验混凝土构件的质量。期进行试验，用以检验混凝土构件的质量。但但在确定混凝土强度等级或进行材料性能研究时，在确定混凝土强度等级或进行材料性能研究时，必须采用标准养护。必须采用标准养护。 n立方体试件抗压强度标准值（立方体试件抗压强度标准值（f fcucu，k k）

11、立方体抗压强度（立方体抗压强度（f fcucu）只是一组混凝土试件抗压强）只是一组混凝土试件抗压强度的算术平均值，并未涉及数理统计和保证率的概念。度的算术平均值，并未涉及数理统计和保证率的概念。而立方体抗压强度标准值（而立方体抗压强度标准值（f fcu,kcu,k）是按数理统计方法确）是按数理统计方法确定，具有不低于保证率的立方体抗压强度。定，具有不低于保证率的立方体抗压强度。n强度等级强度等级 按照国家标准按照国家标准GB 50010GB 5001020022002混凝土结混凝土结构设计规范构设计规范，混凝土强度等级应按立方体抗混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定压强度标准值确定。立方

12、体抗压强度标准值系。立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作和养护的边长为指按标准方法制作和养护的边长为150mm150mm的立方的立方体试件，在体试件，在28d28d龄期用标准试验方法测得的具有龄期用标准试验方法测得的具有9595保证率保证率的抗压强度，以的抗压强度，以f fcucu，k k表示。普通表示。普通混凝土划分为十四个强度等级：混凝土划分为十四个强度等级：C15C15、C20C20、C25C25、C30C30、C35C35、C40C40、C45C45、C50C50、C55C55、C60C60、C65C65、C70C70、C75C75和和C80C80。混凝土强度等级是混凝土结构混凝土强

13、度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同强度等不同的建筑工程及建筑部位需采用不同强度等级的混凝土，一般有一定的选用范围。级的混凝土，一般有一定的选用范围。nC10C10C15C15用于垫层、基础、地坪及受力不大的结用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。构。C20C20C25C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；筋混凝土结构；C25C25C30C30用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；预制构件等；C40C40

14、C45C45用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于特种结构等，用于25253030层；层；C50C50C60C60用于用于3030层至层至6060层以上高层建筑；层以上高层建筑；C60C60C80C80用于高层建筑，采用高性能混凝土；用于高层建筑，采用高性能混凝土； C80C80C120C120采用超高强混凝土于高层建筑。采用超高强混凝土于高层建筑。将来可能推广使用高达将来可能推广使用高达C130C130以上的混凝土以上的混凝土n钢筋混凝土结构设计时，混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土结构设计时，混凝土强度等级不应低于C15C15；当采用当采用HRB

15、335HRB335级钢筋时，不宜低于级钢筋时，不宜低于C20C20；当采用；当采用HRB400HRB400和和RRB400RRB400级钢筋以及对承受重复荷载的构件，则不得低于级钢筋以及对承受重复荷载的构件，则不得低于C20C20。预应力凝土结构的混凝土强度等级不应低于。预应力凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30C30；当；当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于于C40C40。n(2)(2)轴心抗压强度（轴心抗压强度（f fcpcp）混凝土的立方体抗压强度只是评定强度等级的一个混凝土的立方体抗压强度只是评定强度等级的一个标志，

16、它不能直接用来作为结构设计的依据。标志，它不能直接用来作为结构设计的依据。为了为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况，使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件（例在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件（例如柱子、衍架的腹杆等）时，都是采用混凝土的轴如柱子、衍架的腹杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据。心抗压强度作为依据。n轴心抗压强度设计值以轴心抗压强度设计值以fcfc表示，轴心抗压强度标准表示，轴心抗压强度标准值以值以fckfck表示表示。n我国现行标准（我国现行标准（/T500812002/T500812002）规定，测）

17、规定，测定轴心抗压强度采用定轴心抗压强度采用 棱柱体作为标准试件。试验证明，棱柱体强度与棱柱体作为标准试件。试验证明，棱柱体强度与立方体强度的比值为立方体强度的比值为0.70.70.80.8。n确定混凝土轴心抗压强度时为什么要求试件的高宽确定混凝土轴心抗压强度时为什么要求试件的高宽比不小于比不小于2 2？（或者说为什么轴心抗压强度小于立方？（或者说为什么轴心抗压强度小于立方体抗压强度？）体抗压强度？）（3）混凝土抗拉强度n混凝土的抗拉强度只有抗压强度的混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/81/81/171/17，且随着混且随着混凝土强度等级的提高，比值降低凝土强度等级的提高，比值降低。混凝土在工

18、作时一般不。混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度，通过配制钢筋，使钢筋承受结构中的拉依靠其抗拉强度，通过配制钢筋，使钢筋承受结构中的拉力，力，因而混凝土设计时不考虑其抗拉强度因而混凝土设计时不考虑其抗拉强度。n但抗拉强度对于抗开裂性有重要意义但抗拉强度对于抗开裂性有重要意义，在结构设计中抗拉，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂能力的重要指标。有时也用它来间强度是确定混凝土抗裂能力的重要指标。有时也用它来间接衡量混凝土的冲击强度、混凝土与钢筋的粘结强度等。接衡量混凝土的冲击强度、混凝土与钢筋的粘结强度等。 n混凝土抗拉试验过去多用混凝土抗拉试验过去多用8 8字形试件或棱柱体试件直接测字形试件或棱

19、柱体试件直接测定轴向抗拉强度，但是这种方法由于很难避免夹具附近局定轴向抗拉强度，但是这种方法由于很难避免夹具附近局部破坏，而且外力作用线与试件轴心方向不易调成一致，部破坏，而且外力作用线与试件轴心方向不易调成一致，所以现在我国采用立方体所以现在我国采用立方体( (国际上多用圆柱体国际上多用圆柱体) )的的劈裂抗拉劈裂抗拉试验试验来测定混凝土的抗拉强度，称为劈裂抗拉强度来测定混凝土的抗拉强度，称为劈裂抗拉强度f ftstsn劈裂抗拉强度（劈裂抗拉强度（f ftsts）我国现行标准规定，采用标准试件我国现行标准规定，采用标准试件立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强立方体，按规定的劈裂抗拉试验装

20、置测得的强度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度f ftsts f ftsts混凝土劈裂抗拉强度，混凝土劈裂抗拉强度，MPaMPa；FF破坏荷载，；破坏荷载，；试件劈裂面面积，试件劈裂面面积，mmmm2 2。AFAFfts637. 021-上压板2-下压板3-垫层4-垫条混凝土强度标准值（混凝土强度标准值（N/mm2） 强度种类混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fck10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2ftk1.271.541.782

21、.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11注意的是，相同强度等级的混凝土轴心抗压强度设计值注意的是，相同强度等级的混凝土轴心抗压强度设计值f fc c、轴心抗拉、轴心抗拉强度设计值强度设计值f ft t低于混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值低于混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值f fckck、f ftktk。 n(4) (4) 混凝土抗弯强度混凝土抗弯强度( f( fcf cf ) ) 道路路面或机场跑道用混凝土，是以抗弯强度（或称抗道路路面或机场跑道用混凝土，是以抗弯强度（或称抗折强度）为主要设计指标。折强度）为主要设计指标。 水泥混凝土的抗弯强度

22、试验水泥混凝土的抗弯强度试验是以标准方法制备成是以标准方法制备成 150mm150mm150mm150mm550mm550mm的梁形试件，的梁形试件，在标准条件下养护后，按三分点加荷，测定其抗在标准条件下养护后，按三分点加荷，测定其抗弯强度（弯强度（f fcf cf ），按下式计算：），按下式计算： n式中式中f fcfcf混凝土抗弯强度，；混凝土抗弯强度，； FF破坏荷载，；破坏荷载，； 支座间距，支座间距，mmmm； 试件截面宽度，试件截面宽度，mmmm； 试件截面高度，试件截面高度，mmmm； 如为跨中单点加荷得到的抗折强度，按断裂力学推如为跨中单点加荷得到的抗折强度，按断裂力学推导应乘

23、以折算系数导应乘以折算系数0.850.85。2bhFLfcf那么规范为什么以混凝土立方体抗压强度作为划分混凝土强度等级的主要标准呢? n(1)混凝土是一种很好的抗压材料，在混凝土结构中主要用于承受压力，以混凝土立方体抗压强度作为划分混凝土的主要标准，可以较好地反映混凝土的主要受力特性。 n(2)混凝土的其他力学性能，如轴心抗压强度和轴心抗拉强度等，都与混凝土立方体抗压强度有一定的关系。可用立方体抗压强度推导其他强度。n(3)立方体抗压试验最简单，由于环箍效应的存在，结果最稳定。n(5)(5)影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素 混凝土的强度是指混凝土试件达到破坏极限的应力最大值。混凝土的强

24、度是指混凝土试件达到破坏极限的应力最大值。混凝混凝土受压时荷载与变形的关系，是内部微裂缝发展规律得体现。土受压时荷载与变形的关系，是内部微裂缝发展规律得体现。混凝混凝土破坏过程也就是其内部裂缝的发生和发展过程，它是一个从量变土破坏过程也就是其内部裂缝的发生和发展过程，它是一个从量变到质变的过程。只有当混凝土内部的微观破坏发展到一定量级时，到质变的过程。只有当混凝土内部的微观破坏发展到一定量级时，才会是混凝土的整体遭到破坏。混凝土的破坏过程可分为四个阶段。才会是混凝土的整体遭到破坏。混凝土的破坏过程可分为四个阶段。n第第阶段：阶段：荷载约为极限荷载的荷载约为极限荷载的3030以内，界面裂缝无显著

25、变化，以内，界面裂缝无显著变化，荷载与变形呈直线关系。荷载与变形呈直线关系。第第阶段：阶段：荷载超过比例极限，界面裂缝的数量、宽度、长度不荷载超过比例极限，界面裂缝的数量、宽度、长度不断增加，界面间摩擦阻力继续承担荷载，但尚无明显砂浆裂缝出现。断增加，界面间摩擦阻力继续承担荷载，但尚无明显砂浆裂缝出现。此时变形的增长率大于荷载的增长率，荷载与变形间不再是线性关此时变形的增长率大于荷载的增长率，荷载与变形间不再是线性关系。系。第第阶段：阶段：荷载超过临界荷载（极限荷载的荷载超过临界荷载（极限荷载的70709090）后裂缝）后裂缝继续开展，开始出现砂浆裂缝，部分界面裂缝连接成为连续裂缝，继续开展，

26、开始出现砂浆裂缝，部分界面裂缝连接成为连续裂缝，变形增长率进一步加大，曲线明显弯向变形横坐标轴。变形增长率进一步加大，曲线明显弯向变形横坐标轴。第第阶段：阶段：达到极限荷载达到极限荷载C C点以后，连续裂缝急速地发展，混凝点以后，连续裂缝急速地发展，混凝土的承载能力下降，变形自动增大直至完全破坏，曲线斜率变成负土的承载能力下降，变形自动增大直至完全破坏，曲线斜率变成负值。值。n影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素: :原材料因素、生产工原材料因素、生产工艺因素及实验因素艺因素及实验因素三方面。三方面。与峰值应力对应的混凝土应变值与峰值应力对应的混凝土应变值oo比较稳定，比较稳定，与与混凝土

27、的强度等级无明显的关系，一般为混凝土的强度等级无明显的关系，一般为0.00150.00150.00250.0025，计算时通常取计算时通常取o=0.002o=0.002。混凝土破坏时的混凝土破坏时的极限压应变值极限压应变值cucu受混凝土强度等级等多种因素的受混凝土强度等级等多种因素的影响，影响，一般在一般在0.002 0.002 0.0060.006之间变化。之间变化。计算时，除计算时，除强度等级特别高的混凝土外，一般可取强度等级特别高的混凝土外，一般可取0.003 0.003 0.0040.004。一般。一般0.00330.0033原材料因素原材料因素na a）水泥强度与水灰比水泥强度与水

28、灰比 水泥是混凝土中的活性组分，其强度大小直接影响着混凝土水泥是混凝土中的活性组分，其强度大小直接影响着混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥标号越高，水强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥标号越高，水泥石与集料界面的粘结强度越高，制成的混凝土强度也越高。试泥石与集料界面的粘结强度越高，制成的混凝土强度也越高。试验证明，验证明，混凝土的强度与水泥的强度成正比关系。混凝土的强度与水泥的强度成正比关系。n 当用同一品种、同一标号的水泥时，混凝土的强度主要取决当用同一品种、同一标号的水泥时，混凝土的强度主要取决于水灰比。于水灰比。因为水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥重量的因为

29、水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥重量的左右，但在拌制混凝土混合物时，为了获得必要的流动性，左右，但在拌制混凝土混合物时，为了获得必要的流动性，常需用较多的水（约占水泥重量的）。混凝土硬化常需用较多的水（约占水泥重量的）。混凝土硬化后，多余的水分蒸发或残存在混凝土中，形成毛细管、气孔或水后，多余的水分蒸发或残存在混凝土中，形成毛细管、气孔或水泡，它们减少了混凝土的有效断面，并可能在受力时与气孔或水泡，它们减少了混凝土的有效断面，并可能在受力时与气孔或水泡周围产生应力集中，使混凝土强度下降。泡周围产生应力集中，使混凝土强度下降。在保证施工质量的条在保证施工质量的条件下，水灰比愈小，混凝土的强度

30、就愈高。但是，如果水灰比太件下，水灰比愈小，混凝土的强度就愈高。但是，如果水灰比太小，拌合物过于干涩，在一定的施工条件下，无法保证浇灌质量，小，拌合物过于干涩，在一定的施工条件下，无法保证浇灌质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，也将显著降低混凝土的强度混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，也将显著降低混凝土的强度和耐久性。和耐久性。n试验证明，试验证明，混凝土强度，随水灰比增大而降低，呈曲线关混凝土强度，随水灰比增大而降低，呈曲线关系，而混凝土强度与灰水比呈直线关系如图所示系，而混凝土强度与灰水比呈直线关系如图所示。从拌制从拌制和振捣的需要出发，水灰比不能低于和振捣的需要出发，水灰比不能低于0 0

31、3 3。对具有良好振。对具有良好振捣条件的工厂预制构件，可采用水灰比为捣条件的工厂预制构件，可采用水灰比为0 03 3、0 04 4的干的干硬性混凝土拌合料，否则应采用水灰比为硬性混凝土拌合料，否则应采用水灰比为0 0，5 50 07 7的塑的塑性混凝土拌合料。一般水灰比最好不超过性混凝土拌合料。一般水灰比最好不超过0 06 6。 n 水泥石与骨料的粘结力除了受水泥石强度的影响外，还与水泥石与骨料的粘结力除了受水泥石强度的影响外，还与骨料（尤其是粗骨料）的表面状况有关。骨料（尤其是粗骨料）的表面状况有关。碎石表面粗糙，碎石表面粗糙，粘结力比较大，卵石表面光滑，粘结力比较小粘结力比较大，卵石表面

32、光滑，粘结力比较小。当水灰比较低时，当水灰比较低时，在水泥强度等级和水灰比相同的条件下在水泥强度等级和水灰比相同的条件下用用具有棱角且表面粗糙的碎石拌制的混凝土，强度高于砾石混凝土。具有棱角且表面粗糙的碎石拌制的混凝土，强度高于砾石混凝土。因此对于主要是承受拉力的结构、有严格抗裂性要求的结构或承因此对于主要是承受拉力的结构、有严格抗裂性要求的结构或承受多次重复荷载的结构，最好是采用碎石混凝土。受多次重复荷载的结构，最好是采用碎石混凝土。但随着水灰比但随着水灰比的增大，二者强度差之逐渐减小，当水灰比在的增大，二者强度差之逐渐减小，当水灰比在0 06565以上时，碎以上时，碎石混凝土和砾石混凝土的

33、强度基本上没有区别。石混凝土和砾石混凝土的强度基本上没有区别。因为当水灰比小因为当水灰比小时，影响混凝土强度的主要矛盾是界面强度，而当水灰比很大时，时，影响混凝土强度的主要矛盾是界面强度，而当水灰比很大时，则水泥石强度就成为主要矛盾。则水泥石强度就成为主要矛盾。n当粗骨料级配良好，用量及砂率适当，能组成密集的骨架当粗骨料级配良好，用量及砂率适当，能组成密集的骨架使水泥浆数量相对减小，骨料的骨架作用充分，也会使混使水泥浆数量相对减小，骨料的骨架作用充分，也会使混凝土强度有所提高。凝土强度有所提高。b. 骨料的种类、质量和数量n集料数量也会影响混凝土强度集料数量也会影响混凝土强度 混凝土中集料质量

34、与水泥质量之比称为集灰混凝土中集料质量与水泥质量之比称为集灰比比。集灰比对。集灰比对35MPa 35MPa 以上的混凝土强度影响很以上的混凝土强度影响很大。在相同水灰比和坍落度下，混凝土强度随大。在相同水灰比和坍落度下，混凝土强度随集灰比的增大而提高，其原因集灰比的增大而提高，其原因可能可能是由于集料是由于集料增多后表面积增大，吸水量也增大，从而降低增多后表面积增大，吸水量也增大，从而降低了有效水灰比，使混凝土强度提高。另外因水了有效水灰比，使混凝土强度提高。另外因水泥浆相对含量减少，致使混凝土内部总孔隙率泥浆相对含量减少，致使混凝土内部总孔隙率体积减少，也有利于混凝土强度的提高。体积减少，也

35、有利于混凝土强度的提高。 n式中式中f fcucu, ,0 0混凝土混凝土2828天抗压强度天抗压强度, , a a； f fcece水泥的实际强度水泥的实际强度, ,a a； 灰水比；灰水比； 每立方米混凝土中水泥用量每立方米混凝土中水泥用量, kg;, kg; W W每立方米混凝土中用水量每立方米混凝土中用水量, kg, kg。 a a,b b为回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，为回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，其数值可通过试验求得。其数值可通过试验求得。普通混凝土配合比设计规普通混凝土配合比设计规程程（JGJ552000JGJ552000）提供的）提供的a a 、b b 经验值为：

36、采经验值为：采用碎石：用碎石：a a=0.46=0.46b b0.070.07 采用卵石：采用卵石：a a=0.48=0.48b b =0.33 =0.33）（，bceacuWCff/0 大量实验表明，大量实验表明，混凝土强度与水灰比、水泥强度等级等因素之间混凝土强度与水灰比、水泥强度等级等因素之间保持近似恒定的关系。保持近似恒定的关系。一般采用下面直线型的经验公式来表示：一般采用下面直线型的经验公式来表示：当无水泥当无水泥28d28d抗压强度实测值时，用水泥强度等级（抗压强度实测值时，用水泥强度等级（f fce,gce,g）代入式中，并乘以水泥强度等级富余系数（代入式中，并乘以水泥强度等级富

37、余系数（c c）. . 例例 已知某混凝土所用水泥强度为36.4MPa，水灰比0.45，碎石。试估算该混凝土28天强度值 。n 解解 因为：W/C=0.45 所以 C/W=1/0.45=2.22碎石：a =0.46，b =0.07代入混凝土强度公式有： fcu=0.4636.4(2.22-0.07)=36.0(MPa)答：估计该混凝土28天强度值为36.0MPa。c. 外加剂和掺合料n混凝土中加入外加剂可按要求改变混凝土的强混凝土中加入外加剂可按要求改变混凝土的强度及强度发展规律，如掺入减水剂可减少拌合度及强度发展规律，如掺入减水剂可减少拌合用水量，提高混凝土强度；如掺入早强剂可提用水量，提高

38、混凝土强度；如掺入早强剂可提高混凝土早期强度，但对其后期强度发展无明高混凝土早期强度，但对其后期强度发展无明显影响。显影响。超细的掺合料可配制高性能、超高强超细的掺合料可配制高性能、超高强度的混凝土度的混凝土。 生产工艺因素n这里所指的生产工艺因素包括混凝土生产过程中涉这里所指的生产工艺因素包括混凝土生产过程中涉及到的及到的施工施工（搅拌、捣实）、（搅拌、捣实）、养护条件养护条件、养护时间养护时间等因素。如果这些因素控制不当，会对混凝土强度等因素。如果这些因素控制不当，会对混凝土强度产生严重影响。产生严重影响。 A. 施工条件施工条件搅拌与振捣搅拌与振捣n在施工过程中，必须将混凝土拌合物搅拌均

39、匀，浇注后必须在施工过程中，必须将混凝土拌合物搅拌均匀，浇注后必须捣固密实，才能使混凝土有达到预期强度的可能。机械搅拌捣固密实，才能使混凝土有达到预期强度的可能。机械搅拌和捣实的力度比人力要强。因而，采用机械搅拌比人工搅拌和捣实的力度比人力要强。因而，采用机械搅拌比人工搅拌的拌合物更均匀，采用机械捣实比人工捣实的混凝土更密实。的拌合物更均匀，采用机械捣实比人工捣实的混凝土更密实。强力的机械捣实可适用于更低水灰比的混凝土拌合物，获得强力的机械捣实可适用于更低水灰比的混凝土拌合物，获得更高的强度。更高的强度。n改进施工工艺可提高混凝土强度，如采用分次投料搅拌工艺；改进施工工艺可提高混凝土强度，如采

40、用分次投料搅拌工艺；采用高速搅拌工艺；采用高频或多频振捣器；采用二次振捣采用高速搅拌工艺；采用高频或多频振捣器；采用二次振捣工艺等都会有效地提高混凝土强度。工艺等都会有效地提高混凝土强度。n机械搅拌的混凝土要比人工搅拌的混凝土强度高机械搅拌的混凝土要比人工搅拌的混凝土强度高10%10%左右左右。强力的机械捣实可适用于更低水灰比的混凝土拌合物，获得更高强力的机械捣实可适用于更低水灰比的混凝土拌合物，获得更高的强度。的强度。在震动作用下，暂时破坏了水泥浆的凝聚结构，降低了在震动作用下，暂时破坏了水泥浆的凝聚结构，降低了水泥浆的粘度，集料间的摩阻力也大大减小，从而使混凝土拌合水泥浆的粘度，集料间的摩

41、阻力也大大减小，从而使混凝土拌合物的流动性提高，得以更好的填满模型，同时混凝土混合物被振物的流动性提高，得以更好的填满模型，同时混凝土混合物被振捣后，它的颗粒互相靠近，并把空气排出，使混凝土内部孔隙大捣后，它的颗粒互相靠近，并把空气排出，使混凝土内部孔隙大大减少，从而使混凝土的密实度和强度大大提高大减少，从而使混凝土的密实度和强度大大提高, ,但当水灰比逐但当水灰比逐渐增大，即流动性逐渐增大时，机械振捣的优越性逐渐降低，其渐增大，即流动性逐渐增大时，机械振捣的优越性逐渐降低，其强度提高一般不会超过强度提高一般不会超过10%10%。图中虚线部分显示在低水灰比时机。图中虚线部分显示在低水灰比时机械

42、捣实比人工捣实有更高的强度。械捣实比人工捣实有更高的强度。nb b 养护的温度和湿度养护的温度和湿度养护温度较低，早期强度较低；反之，温度较高，早期强度养护温度较低，早期强度较低；反之，温度较高，早期强度较高，但对后期强度有不利影响。另外潮湿的环境有利于水较高，但对后期强度有不利影响。另外潮湿的环境有利于水泥水化，有利于强度发展，故混凝土需潮湿环境养护。泥水化，有利于强度发展，故混凝土需潮湿环境养护。混凝土有四种养护方式：混凝土有四种养护方式：A.A.标准养护标准养护是指将混凝土制品在温度为是指将混凝土制品在温度为202022，相当湿度大于相当湿度大于9595的标准条件下进行的养护。评定强度等

43、级的标准条件下进行的养护。评定强度等级时需采用该养护条件。时需采用该养护条件。B.B.自然养护自然养护是指对在自然条件（或气候条件）下的是指对在自然条件（或气候条件）下的混凝土制品适当的采取一定的保温、保湿措施，并定时定量混凝土制品适当的采取一定的保温、保湿措施，并定时定量向混凝土浇水，保证混凝土材料强度能正常发展的一种养护向混凝土浇水，保证混凝土材料强度能正常发展的一种养护方式。方式。C.C.蒸汽养护蒸汽养护是将混凝土材料在小于是将混凝土材料在小于100100的高温水的高温水蒸汽中进行的一种养护。蒸汽养护可提高混凝土的早期强度，蒸汽中进行的一种养护。蒸汽养护可提高混凝土的早期强度，缩短养护时

44、间。缩短养护时间。D.D.压蒸养护压蒸养护是将混凝土材料在是将混凝土材料在8 81616大气压下，大气压下，175175203203的水蒸汽中进行的一种养护。压蒸养护可大大提的水蒸汽中进行的一种养护。压蒸养护可大大提高混凝土材料的早期强度。但压蒸、养护需要的蒸压釜设备高混凝土材料的早期强度。但压蒸、养护需要的蒸压釜设备比较庞大。仅在生产硅酸盐混凝土制品时应用。比较庞大。仅在生产硅酸盐混凝土制品时应用。养护环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土早期强度高；反之养护环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土早期强度高；反之亦然。若温度在冰点以下，不但水泥水化停止，而且有可能因冰亦然。若温度在冰点以下，不但

45、水泥水化停止，而且有可能因冰冻导致混凝土结构疏松，强度严重降低，冻导致混凝土结构疏松，强度严重降低，尤其是早期混凝土应尤其是早期混凝土应特别加强防冻措施。特别加强防冻措施。 养护温度对混凝土强度的影响4382113龄期抗压强度031421287浇注后的混凝土所处环境温度适宜，水泥水化反应顺浇注后的混凝土所处环境温度适宜，水泥水化反应顺利进行，使混凝土强度得以充分发展。若相对湿度低，利进行，使混凝土强度得以充分发展。若相对湿度低，混凝土中的水份挥发快，混凝土因缺水而停止水化，混凝土中的水份挥发快，混凝土因缺水而停止水化，强度发展受阻。另一方面，混凝土在强度较低时失水强度发展受阻。另一方面，混凝土

46、在强度较低时失水过快，极易引起干缩，影响混凝土耐久性。过快，极易引起干缩，影响混凝土耐久性。一般在混一般在混凝土浇筑完毕后凝土浇筑完毕后12h12h内应开始对混凝土加以覆盖或浇水。内应开始对混凝土加以覆盖或浇水。对硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥配制的混凝土浇对硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥配制的混凝土浇水养护不得少于水养护不得少于7 7天；使用粉煤灰水泥和火山灰水泥，天；使用粉煤灰水泥和火山灰水泥，或掺有缓凝剂、膨胀剂、或有防水抗渗要求的混凝土或掺有缓凝剂、膨胀剂、或有防水抗渗要求的混凝土浇水养护不得少于浇水养护不得少于1414天。当日平均气温低于天。当日平均气温低于5 5摄氏度时，摄氏度时，

47、不得浇水养护。不得浇水养护。 nc c 龄期龄期 在正常养护条件下，混凝土强度的增长遵循水泥水化在正常养护条件下，混凝土强度的增长遵循水泥水化历程规律，即随着龄期时间的延长，强度也随之增长。最历程规律，即随着龄期时间的延长，强度也随之增长。最初内，强度增长较快，以后增长较慢。初内，强度增长较快，以后增长较慢。但只要温湿度适宜，其强度仍随龄期增长。但只要温湿度适宜，其强度仍随龄期增长。普通水泥制成的混凝土，在标准养护条件下，其强度的发普通水泥制成的混凝土，在标准养护条件下，其强度的发展，大致与其龄期的对数成正比（龄期不小于三天）展，大致与其龄期的对数成正比（龄期不小于三天）28lglg28nff

48、n 1428抗压强度龄期/d例例某混凝土在标准条件（温度某混凝土在标准条件（温度202，湿度，湿度95）下）下养护养护7d，测得其抗压强度为，测得其抗压强度为21.0MPa，试估算该混凝土，试估算该混凝土28d抗压强度可达多少？抗压强度可达多少？ n解解根据公式根据公式,将数据代入，得该混凝土将数据代入，得该混凝土28d抗压强度抗压强度f28为：为： n实验因素实验因素n 在进行混凝土强度试验时，试件尺寸、形状、表面状态、在进行混凝土强度试验时，试件尺寸、形状、表面状态、含水率以及实验加荷速度等实验因素都会影响到混凝土强含水率以及实验加荷速度等实验因素都会影响到混凝土强度实验的测试结果。度实验

49、的测试结果。 A. A. 试件形状尺寸试件形状尺寸 测定混凝土立方体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大测定混凝土立方体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同试件的尺寸。但是试件尺寸不同、粒径的尺寸而选用不同试件的尺寸。但是试件尺寸不同、形状不同，会影响试件的抗压强度测定结果。环箍效应形状不同，会影响试件的抗压强度测定结果。环箍效应“对混凝土抗压强度有提高作用。离压板越远，对混凝土抗压强度有提高作用。离压板越远，”环箍效环箍效应应“小，在距离试件受压面约小，在距离试件受压面约0.8660.866（为试件边长）范为试件边长）范围外这种效应消失。围外这种效应消失。n在进行强度试验时，试件

50、尺寸越大，测得的强度值越低。在进行强度试验时，试件尺寸越大，测得的强度值越低。这包括两方面的原因：这包括两方面的原因：一是一是 环箍效应环箍效应 ；二是由于大试件；二是由于大试件内存在的孔隙内存在的孔隙 、裂缝和局部较差等缺陷的机率大，从而降、裂缝和局部较差等缺陷的机率大，从而降低了材料的强度。低了材料的强度。 nB. B. 表面状态表面状态当混凝土受压面非常光滑时（如有油脂），由当混凝土受压面非常光滑时（如有油脂），由于压板与试件表面的磨擦力减小，使环箍效应减小，于压板与试件表面的磨擦力减小，使环箍效应减小，试件将出现垂直裂纹而破坏，测得的混凝土强度值试件将出现垂直裂纹而破坏，测得的混凝土强

51、度值较低。较低。C. C. 含水程度含水程度混凝土试件含水率越高，其强度越低。混凝土试件含水率越高，其强度越低。 nD. D. 加荷速度加荷速度在进行混凝土试件抗压试验时，加荷速度过快，在进行混凝土试件抗压试验时，加荷速度过快，材料裂纹扩展的速度慢于荷载增加速度，故测得的材料裂纹扩展的速度慢于荷载增加速度，故测得的强度值偏高。在进行混凝土立方体抗压强度试验时，强度值偏高。在进行混凝土立方体抗压强度试验时，应按规定的加荷速度进行。应按规定的加荷速度进行。n(6)(6)提高混凝土强度的措施提高混凝土强度的措施a a选用高强度水泥和低水灰比选用高强度水泥和低水灰比 在相同的配合比情况下，所用水泥的强

52、度等级越高，在相同的配合比情况下，所用水泥的强度等级越高，混凝土的强度越高。试验证明，混凝土的强度越高。试验证明，水灰比增加水灰比增加 ，则，则混凝土强度将下降，混凝土强度将下降，在满足施工和易性和混凝土在满足施工和易性和混凝土耐久性要求条件下，尽可能降低水灰比和提高水泥强耐久性要求条件下，尽可能降低水灰比和提高水泥强度，这对提高混凝土的强度是十分有效的。度，这对提高混凝土的强度是十分有效的。b b掺用混凝土外加剂和掺合料掺用混凝土外加剂和掺合料 在混凝土中掺入减水剂，可减少用水量，提高混在混凝土中掺入减水剂，可减少用水量，提高混凝土强度；凝土强度；nc c采用机械搅拌和机械振动成型。采用机械

53、搅拌和机械振动成型。 nd d采用湿热处理采用湿热处理混凝土经混凝土经16162020的蒸汽养护后，其强度即可达到标的蒸汽养护后，其强度即可达到标准养护条件下准养护条件下2828强度的强度的7070 8080。n2.2.2.2.混凝土的变形性能混凝土的变形性能混凝土在硬化和使用过程中，由于受物理、化学等混凝土在硬化和使用过程中，由于受物理、化学等因素的因素的 作用，会产生各种变形，这些变形是导致混作用，会产生各种变形，这些变形是导致混凝土凝土产生裂纹产生裂纹的主要原因之一，从而进一步影响混的主要原因之一，从而进一步影响混凝土的凝土的强度和耐久性强度和耐久性。引起混凝土变形的因素很多，。引起混凝

54、土变形的因素很多，归纳起来有两类：归纳起来有两类：非荷载作用下的变形和荷载作用非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形下的变形 （1 1）混凝土在非荷载作用下的变形）混凝土在非荷载作用下的变形a a 化学收缩化学收缩 混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，引起混凝土产积小于反应物（水和水泥）的体积，引起混凝土产生收缩，称为化学收缩。其收缩量是随着混凝土龄生收缩，称为化学收缩。其收缩量是随着混凝土龄期的延长而增加，大致与时间的对数成正比一般在期的延长而增加，大致与时间的对数成正比一般在混凝土成型后混凝土成型后4040内收缩量增

55、加较快，以后逐渐趋内收缩量增加较快，以后逐渐趋向稳定。向稳定。化学收缩是不可恢复的，可使混凝土内部化学收缩是不可恢复的，可使混凝土内部产生微细裂缝产生微细裂缝。C C 干湿变形干湿变形 混凝土的干湿变形主要取决于周围环境湿度的混凝土的干湿变形主要取决于周围环境湿度的变化，表现为干缩湿胀。混凝土在干燥空气中存放变化，表现为干缩湿胀。混凝土在干燥空气中存放时，混凝土内部吸附水分蒸发而引起凝胶体失水产时，混凝土内部吸附水分蒸发而引起凝胶体失水产生紧缩，以及毛细管内游离水分蒸发，毛细管内负生紧缩，以及毛细管内游离水分蒸发，毛细管内负压增大，也使混凝土产生收缩。如干缩后的混凝土压增大，也使混凝土产生收缩

56、。如干缩后的混凝土再次吸水变湿后，一部分干缩变形是可以恢复的。再次吸水变湿后，一部分干缩变形是可以恢复的。 混凝土的干湿变形 n混凝土在水中硬化时，混凝土在水中硬化时，体积不变，甚至有轻微膨体积不变，甚至有轻微膨胀胀。这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，。这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间距离增大所致。胶体粒子间距离增大所致。混凝土的湿胀变形量混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。很小，一般无破坏作用。但但干缩变形对混凝土危干缩变形对混凝土危害较大，害较大，干缩可能使混凝土表面出现拉应力而导干缩可能使混凝土表面出现拉应力而导致开裂，严重影响混凝土的耐久性。致开裂，严重影响

57、混凝土的耐久性。 影响混凝土干缩的因素有：影响混凝土干缩的因素有：水泥品种和细度、水泥品种和细度、水泥用量和用水量等。火山灰质硅酸盐水泥比普水泥用量和用水量等。火山灰质硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥干缩大；水泥越细，收缩也越大；通硅酸盐水泥干缩大；水泥越细，收缩也越大；水泥用量多，水灰比大，收缩也大；混凝土中砂水泥用量多，水灰比大，收缩也大；混凝土中砂石用量多，收缩小；砂石越干净，捣固越好，收石用量多，收缩小；砂石越干净，捣固越好，收缩也越小缩也越小. .某车间完工后发现顶层每个框架横梁上都出现不同程度的裂缝。某车间完工后发现顶层每个框架横梁上都出现不同程度的裂缝。裂缝均于梁的上部，长约为梁高一半

58、，裂缝上宽下窄，最大宽为裂缝均于梁的上部，长约为梁高一半，裂缝上宽下窄，最大宽为0.5 mm0.5 mm。经设计复查，设计计算无误；整个车间坐落于完整的砂。经设计复查，设计计算无误；整个车间坐落于完整的砂岩地基上，没有不均匀沉降，材料全部合格，混凝土强度满足要岩地基上，没有不均匀沉降，材料全部合格，混凝土强度满足要求。经了解，在顶层施工中为赶进度，把混凝土的强度等级从求。经了解，在顶层施工中为赶进度，把混凝土的强度等级从C20C20提高至提高至C30C30，单位水泥用量增加了，单位水泥用量增加了90 kg90 kg，且当时使用的砂亦，且当时使用的砂亦恰好细度变细。恰好细度变细。n从裂缝形状看，

59、可知不属荷载裂缝，为收缩变形产生的裂缝。原因是施工中任意提高混凝土强度，加大水泥用量，且采用细度模数小的砂，这两方面都会使收缩增大，从而导致产生裂缝。 d d 温度变形温度变形 混凝土与其他材料一样，也具有热胀冷缩的性混凝土与其他材料一样，也具有热胀冷缩的性质，混凝土的热胀冷缩的变形，称为温度变形。混质，混凝土的热胀冷缩的变形，称为温度变形。混凝土温度膨胀系数约为凝土温度膨胀系数约为 1 11010-5-5，即温度升高，即温度升高11，每每m m膨胀膨胀0.010.01。 温度变形对大体积混凝土极为不利。混凝土在温度变形对大体积混凝土极为不利。混凝土在硬化初期，水泥水化放出较多的热量，而混凝土

60、是硬化初期，水泥水化放出较多的热量，而混凝土是热的不良导体，散热很慢，使混凝土内部温度升高，热的不良导体，散热很慢，使混凝土内部温度升高，但外部混凝土温度则随气温下降，致使内外温差达但外部混凝土温度则随气温下降，致使内外温差达50507070，造成内部膨胀及外部收缩，造成内部膨胀及外部收缩，使外部混凝使外部混凝土产生很大的拉应力，严重时使混凝土产生裂缝。土产生很大的拉应力，严重时使混凝土产生裂缝。n因此，对大体积混凝土工程，应设法降低混凝因此，对大体积混凝土工程，应设法降低混凝土的发热量，如采用低热水泥，减少水泥用量，土的发热量，如采用低热水泥，减少水泥用量，采用人工降温措施以及对表层混凝土加