建筑材料课件二一

第二节混凝土的强度

1混凝土的强度与强度等级（１）抗压强度标准和强度等级值

①立方体抗压强度（fcu）

按照标准的制作方法制成边长为150ｍｍ的正立方体试件，在标准养护条件（温度２０士2°Ｃ，相对湿度95％以上）下，养护至28ｄ龄期，按照标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”（以fcu表示,以Ｎ／ｍｍ2即ＭＰa）

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。但在计算其抗压强度时，应乘以换算系数，以得到相当于标准试件的试验结果。（对于边长为100ｍｍ的立方体试件，换算系数为0.95；边长为200ｍｍ的立方体试件，换算系数为1.05）。

②立方体试件抗压强度标准值（fcu，k）

立方体抗压强度（fcu）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。而立方体抗压强度标准值（fcu,,k）是按数理统计方法确定，具有不低于９５％保证率的立方体抗压强度。

③强度等级

混凝土的“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”来确定的。我国现行规范（GB/T50081——2002）规定，普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为：Ｃ10、Ｃ15、C20、C25、C30、C40、C45、C50、C55等强度等级。(2)轴心抗压强度（fcp）

为了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。

我国现行标准（ＧＢ/T50081——2002）规定，测定轴心抗压强度采用１５０×１５０×３００ｍｍ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0.7～0.8。

(3)劈裂抗拉强度（fts）

我国现行标准规定，采用标准试件１５０ｍｍ立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度fts

混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算：

式中fts——混凝土劈裂抗拉强度，MPa；

F——破坏荷载，Ｎ；

Ａ——试件劈裂面面积，mm2。(4)混凝土抗弯强度(fcf)

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。水泥混凝土的抗弯强度试验是以标准方法制备成150mm×150mm×550mm的梁形试件，在标准条件下养护２８ｄ后，按三分点加荷，测定其抗弯强度（fcf），按下式计算：

式中 fcf——混凝土抗弯强度，ＭＰ；

F——破坏荷载，Ｎ；

Ｌ——支座间距，mm；

ｂ——试件截面宽度，mm；

ｈ——试件截面高度，mm；

如为跨中单点加荷得到的抗折强度，按断裂力学推导应乘以折算系数0.85。

2影响混凝土强度的因素

影响混凝土强度的主要因素有：

（1）水泥强度与水灰比

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强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥标号越高，制成的混凝土强度也越高。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。因为水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥重量的２３％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４０～７０％）。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、气孔或水泡，它们减少了混凝土的有效断面，并可能在受力时于气孔或水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，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。试验证明，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（图6－8）。

图6－8混凝土强度与水灰比及灰水比的关系

（ａ）强度与水灰比的关系；（ｂ）强度与灰水比的关系

水泥石与骨料的粘结情况与骨料种类和骨料表面性质有关，表面粗糙的碎石比表面光滑的卵石（砾石）的粘结力大，硅质集料与钙质集料也有分别。在其他条件相同的情况下，碎石混凝土的强度比卵石混凝土的强度高。

根据大量试验建立的混凝土强度公式：

式中fcu,0——混凝土28天抗压强度,ＭＰa；

fce——水泥的实际强度,ＭＰa；

Ｃ／Ｗ——灰水比；

Ｃ——每立方米混凝土中水泥用量,kg;

ｗ——每立方米混凝土中用水量,kg。

αa,αb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。《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）提供的αa、αb经验值为：

采用碎石：αa=0.46 αb＝0.07

采用卵石：αa=0.48 αb=0.33（2）养护的温度和湿度

混凝土强度的增长，是水泥的水化、凝结和硬化的过程，必须在一定的温度和湿度条件下进行。在保证足够湿度情况下，不同养护温度，其结果也不相同。温度高，水泥凝结硬化速度快，早期强度高，所以在混凝土制品厂常采用蒸汽养护的方法提高构件的早期强度，以提高模板和场地周转率。低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0°Ｃ以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。水泥的水化必须在有水的条件下进行，因此，混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。（3）龄期

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。最初７～１４ｄ内，强度增长较快，２８ｄ以后增长较慢。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，其强度的发展，大致与其龄期的对数成正比（龄期不小于三天）式中 fn——nd龄期混凝土的抗压程度,MPa；

ｆ28——28ｄ龄期混凝土的抗压强度,MPa；

lgｎ、lg28——ｎ（ｎ不小于3）和28的常用对数。实际工程中利用混凝土的成熟度来估算混凝土强度也是一种有效的方法。混凝土的成熟度是指混凝土所经历的时间和温度的乘积的总和，单位为h·℃。当混凝土的初始温度在某一范围内，并且在所经历的时间内不发生干燥失水的情况下，混凝土强度和成熟度的对数成线性关系。

（4）施工质量

施工质量的好坏对混凝土强度有非常重要的影响。施工质量包括配料准确，搅拌均匀，振捣密实，养护适宜等。任何一道工序忽视了规范管理和操作，都会导致混凝土强度的降低。

(5)试验条件

试验条件对混凝土强度的测定也有直接影响。如试件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及温湿度等，测定时，要严格遵照试验规程的要求进行，保证试验的准确性。3提高混凝土强度的措施

（1）选用高强度水泥和低水灰比

水泥是混凝土中的活性组分，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。水灰比是影响混凝土程度的重要因素，试验证明，水灰比增加１％，则混凝土强度将下降５％，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度，这对提高混凝土的强度是十分有效的。

（2）掺用混凝土外加剂

在混凝土中掺入减水剂，可减少用水量，提高混凝土强度；掺入早强剂，可提高混凝土的早期强度。在混凝土中掺入矿物外加剂（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉等），可以节约水泥，降低成本；减少环境污染，改善混凝土诸多性能。（3）采用机械搅拌和机械振动成型。

采用机械搅拌、机械振捣的混合料，可使混凝土混合料的颗粒产生振动，降低水泥浆的粘度和骨料的摩擦力，使混凝土拌合物转入液体状态，在满足施工和易性要求条件下，可减少拌合用水量，降低水灰比。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大减少，从而使混凝土的密实度和强度大大提高。

（4）采用湿热处理

湿热处理可分为蒸汽养护和蒸压养护两类。蒸汽养护就是将成型后的混凝土制品放在100℃以下的常压蒸汽中进行养护。以加快混凝土强度发展的速度。混凝土经16～20ｈ的蒸汽养护后，其强度即可达到标准养护条件下28ｄ强度的70％～80％。

蒸压养护混凝土在175℃温度和８个大气压的蒸压釜中进行养护。主要适用于硅酸盐混凝土拌合物及其制品。4.混凝土的变形性能

引起混凝土变形的因素很多，归纳起来有两类：非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形1混凝土在非荷载作用下的变形

（1）化学收缩

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混凝土成型后40ｄ内收缩量增加较快，以后逐渐趋向稳定。化学收缩是不可恢复的，可使混凝土内部产生微细裂缝。

（2）塑性收醉缩混凝土古成型后尸尚未凝翅结硬化纱时属塑掀性阶段鸡，在此握阶段往翁往由于乱表面失惠水而产抽生收缩折称为塑慨性收缩分。新拌喜混凝土嚷若表面恨失水速集率超过寻内部水协向表面雄迁移的挪速率时磁，会造白成毛细颂管内部躁产生负屠压，因朋而使浆自体中固夺体粒子多间产生债一定引插力，便协产生了副收缩，途如果引隶力不均招匀作用说于混凝成土表面笋，则表味面将产令生裂纹宰。海预防用塑性收温缩开裂滴的方法闯是降低胡混凝土中表面失惭水速率葵，采取于防风、价降温等倦措施。令最有效促的方法捧是凝结控硬化前昼保持混肥凝土表耐面的湿扛润，如秤在表面虚覆盖塑挣料膜、累喷洒养软护剂等吐。（3）干湿报变形混凝土胳的干湿逝变形主要取决随于周围环境北湿度的变秧化，表现旱为干缩湿泥胀。混凝刷土在干燥奔空气中存炒放时，混墙凝土内部涉吸附水分辟蒸发而引着起凝胶体钻失水产生不紧缩，以跪及毛细管肆内游离水由分蒸发，正毛细管内酷负压增大巧，也使混沃凝土产生歼收缩。如属干缩后的叔混凝土再太次吸水变抄湿后，一扮部分干缩候变形是可拌以恢复的桂。傻混凝土搬在水中硬狭化时，体绍积不变，灯甚至有轻鞭微膨胀。部这是由于稻凝胶体中趋胶体粒子轻的吸附水沃膜增厚，旨胶体粒子肯间距离增湾大所致。混凝土句的湿胀夫变形量右很小，诱一般无仓破坏作迈用。但零干缩变思形对混梅凝土危汤害较大有，干缩仪可能使左混凝土兔表面出赛现拉应抗力而导贸致开裂面，严重社影响混聋凝土的皆耐久性浸。为影妙响混凝旋土干缩盐的因素围有：水钢泥品种地和细度善、水泥凭用量和盒用水量讽等。火攻山灰质飞硅酸盐感水泥比熄普通硅级酸盐水雪泥干缩颈大；水高泥越细欺，收缩船也越大生；水泥招用量多护，水灰索比大，恰收缩也怖大；混宫凝土中碑砂石用判量多，亩收缩小绘；砂石句越干净垮，捣固毅越好，塔收缩也锈越小.（4）温度变匠形混凝土绣与其他缩慧材料一烛样，也题具有热除胀冷缩踪蝶的性质计，混凝瓣土的热版胀冷缩任的变形因，称为料温度变激形。混轧凝土温掠度膨胀死系数约织为1×1闪0-5，即温索度升高1℃，每m膨胀0.0途1ｍｍ。珠温度变般形对大掀体积混挑凝土极叮为不利基。混凝北土在硬跑化初期抽，水泥墨水化放怎出较多话的热量宰，而混粘凝土是育热的不攻良导体判，散热将很慢，检使混凝屠土内部模温度升性高，但扁外部混爱凝土温办度则随拨气温下居降，致不使内外氏温差达50～70℃，造成内译部膨胀及稻外部收缩绢，使外部颤混凝土产跑生很大的妖拉应力，赌严重时使框混凝土产兄生裂缝。因此，对撑大体积混殊凝土工程宾，应设法蛋降低混凝弦土的发热东量，如采角用低热水吩泥，减少挤水泥用量个，采用人蛮工降温措木施以及对甲表层混凝予土加强保却温保湿等拨，以减小晴内外温差氧，防止裂机缝的产生荷和发展。扩对纵向配长度较大度的混凝土匙及钢筋混业凝土结构贤，应考虑膨混凝土温昨度变形所新产生的危恨害，每隔勤一段长度络应设置温牢度伸缩缝纸，以及在慢结构内配丘置温度钢茅筋。5混凝土在杯荷载作用桂下的变形混凝土的隐受压变形疯与破坏特优征硬化后的此混凝土在蛛未施加荷足载前，由蛋于水泥水值化造成的贝化学收缩述和物理收颂缩引起的虑砂浆体积浴的变化，经在粗骨料浓与砂浆界扬面上产生倒了拉应力脏，同时混歼凝土成型清后的泌水布聚积于粗备骨料的下鹅缘，混凝贿土硬化后收形成为界话面裂缝。巧混凝土受傍外力作用井时，其内庸部产生了潮拉应力，北这种拉应伪力很容易掌在具有几项何形状为薄楔形的微届裂缝顶部束形成应力滴集中，随炎着拉应力稠的逐渐增励大，导致浩微裂缝的紧进一步延岗伸、汇合无、扩大，锅形成可见拌的裂缝，激致使混凝日土结构丧躺失连续性潜而遭到完违全破坏。当用混凝颂土立方体超试件进行煮单轴静力赴受压试验兰时，混凝缺土的荷载逆变形曲线刮如图1所示，流通过显农微观察偏所查明秋的混凝便土破坏运过程各众阶段的桥裂缝状稍态如图2所示。图1混凝土屯的荷载燥变形曲迈线图2混凝土倾不同受暮力破坏暑阶段的裹裂缝状蝇态示意之图由此可积见，荷村载与变娱形的关叶系，是辟内部微生裂缝发扔展规律障的体现策。混凝义土在外肤力作用婶下的变妄形和破毅坏过程确，也就棒是内部景裂缝的耽发生和己发展过僻程，它侮是一个俊从量变汤发展到姨质变的摊过程。第四节带混凝互土的耐筋久性混凝土抵违抗环境介蜘质作用并激长期保持欠其良好的焦使用性能鸽的能力称喜为混凝土纳的耐久性。提高兼混凝土纵耐久性封，对于盗延长结舰构寿命移，减少酱修复工裹作量，膊提高经浅济效益朴具有重颤要的意张义1混凝土狸的抗渗笔性混凝土的晓抗渗性是指混刻凝土抵担抗压力京水渗透肝的能力灾。混凝土渗涉水的原因尘，是由于内忌部孔隙形羽成连通的辱渗水孔道奔。这些孔听道主要来惹源于水泥签浆中多余俘水分蒸发久而留下的角气孔、水哥泥浆泌水武所产生的护毛细管孔旗道、内部鸣的微裂缝孩以及施工烈振捣不密识实产生的银蜂窝、孔蝇洞，这些闲都会导致草混凝土渗时漏水。混凝土的调抗渗性以临抗渗等级算来表示。抗渗等级驾是以28ｄ龄期久的标准桥抗渗试娃件，按屡规定方服法试验舟，以不盏渗水时橡所能承搭受的最势大水压块力来表择示，划深分为P2、P4、P6、P8、P12等等级像，它们向分别表士示能抵危抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.2勇MPa的水压偏力而不低渗透。顷混凝土那的抗渗矛性与水股灰比有作密切关瓶系，还御与水泥悉品种、零骨料级焰配、施料工质量蕉、养护摊条件以债及是否押掺外加夏剂、掺纠合料有途关。2混凝土剖的抗冻丽性量混凝凶土的抗虚冻性是指混表凝土在脂水饱和将状态下梅，能经杀受多次知冻融循粱环作用讯而不破副坏，同奏时也不梦严重降抢低强度然的性能越。狡混凝揉土抗冻值性一般求以抗冻芝等级表蒜示。抗代冻等级渔是采用漏龄期28ｄ的试块掘在吸水饱学和后，承垫受反复冻付融循环，漠以抗压强腥度下降不差超过25％，而冈且质量赵损失不各超过栽５％时司所能承萌受的最环大冻融储循环次烂数来确策定的。皆ＧＢＪ501兄64—众92将混凝做土划分题为以下嘱抗冻等由级：Ｆ10、F15、F25、F50、F15局0、F200、F25脸0、F300等九个岭等级，针分别表胁示混凝揉土能够剂承受反筛复冻融绑循环次岸数为10、25、25、50、100、150、200、250和300次。混凝土受富冻融作用备破坏的原话因，是混乌凝土内部废的孔隙水寒在负温下锦结冰后体友积膨胀造裤成的静水民压力，因增冷冻水蒸霞汽压的差获别推动未益冻水向冻码结区的迁处移造成的捷渗透压力唉，当这两晌种压力所夺产生的内递应力超过叨混凝土抗递拉强度时短，混凝土帅就会产生控裂缝，多畅次冻融使呆裂缝不断敬扩展直至怜破坏。影响混凝紫土抗冻性斑的因素有研：

（１环）混凝土休强度愈高塘，抵抗冻四融破坏的框能力越强擦，抗冻性羡越好。贸（２）混惹凝土密实钥度、混凝脊土孔隙构城造及数量轿。密实度扭越小，开影口孔隙愈箩多，水分炼愈易渗入沿，静水压锋力越大，船抗冻性越困差。

（荷３）混凝嘱土孔隙充疾水程度。责饱水程度平愈高，冻恐结后产生工的冻胀作拣用就大，冻抗冻性越肤差。

（等４）水灰哲比。水灰典比与孔隙贱率成正比勤，水灰比醉越大，且直开口孔隙负率大，抗谜冻性越差葛。

（５歪）外加剂裹。在混凝躁土中掺入亏引气剂，锐可在水泥渴石中形成酬无数细小王、均匀的拖气泡，使汉之成为压东力水进出缴的“水库仆”，使静走水压力和减渗透压力阴得以释放抛，对冰冻搜破坏起到胖很好的缓泊冲作用。蛮适宜的引迅气量以４鬼％～６％汁为宜。3抗侵蚀证性抗侵蚀关性是指积混凝土食在含有光侵蚀性罚介质环让境中遭删受到化龟学侵蚀芬、物理市作用不嫁破坏的碰能力。兆混巩凝土的悬抗侵蚀胳性主要皮取决于逼水泥的袄品种、巧混凝土拉密实度甩与孔隙触特征等的。4混凝土乐的碳化混凝土随的碳化贷作用是陶指空气址中的二三氧化碳平与水泥共石中的刷氢氧化盈钙作用捕，生成庭碳酸钙弹和水。心碳化又密叫中性泻化。蚀碳都化对混锹凝土性目能有明许显的影汤响，首严先是减寸弱对钢秘筋的保兰护作用送。由于予水泥水半化过程顺中生成亚大量氢非氧