硬化后混凝土的性能-建筑材料

4.3硬化后混凝土的性能一、混凝土强度混凝土在抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度中，抗压强度最大，故混凝土主要用来承受压力作用。1.混凝土立方体强度与强度等级立方体强度测试方法：将混凝土拌和物制成边长为150mm的立方体试件，在标准条件(温度20℃±2℃，相对湿度95％以上)下养护28d，测得的具有95%保证率的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度(即立方体抗压强度fcu)。我国以立方体抗压强度为混凝土强度的特征值。我国把普通混凝土按立方体强度标准值划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80十四个等级。2007.5.15试模2007.5.152007.5.152007.5.152、混凝土的轴心抗压强度fcp轴心抗压强度也称为棱柱体抗压强度。由于实际结构物（如梁、柱）多为棱柱体构件，因此采用棱柱体试件强度更有实际意义。它是采用150mm×150mm×（300～450）mm的棱柱体试件，经标准养护到28天测试而得。FF2007.5.15同一材料的轴心抗压强度小于立方体强度，其比值大约为=0.7～0.8。原因：抗压强度试验时，试件在上下两块钢压板的摩擦力约束下，侧向变形受到限制，即“环箍效应”其影响高度大约为试件边长的0.866倍，如下图所示。因此立方体试件整体受到环箍效应的限制，测得的强度相对较高。而棱柱体试件的中间区域未受到“环箍效应”的影响，属纯压区，测得的强度相对较低。当钢压板与试件之间涂上润滑剂后，摩擦阻力减小，环箍效应减弱，立方体抗压强度与棱柱体抗压强度趋于相等。2007.5.153、轴心抗拉强度ft混凝土的抗拉强度很小，只有抗压强度的1/10～1/20，混凝土强度等级越高，其比值越小。在钢筋混凝土结构设计中，一般不考虑承受拉力，而是通过配置钢筋，由钢筋来承担结构的拉力。

但抗拉强度对混凝土的抗裂性具有重要作用，它是结构设计中裂缝宽度和裂缝间距计算控制的主要指标，也是抵抗由于收缩和温度变形而导致开裂的主要指标。2007.5.15劈裂法间接测定混凝土的抗拉强度劈拉试验的标准试件尺寸为边长150mm的立方体，在上下两相对面的中心线上施加均布线荷载，使试件内竖向平面上产生均布拉应力，如下图所示。此拉应力可通过弹性理论计算得出，计算式如下：

——混凝土劈裂抗拉强度（MPa）；

P——破坏荷载（N）；

A——试件劈裂面积（mm2）。

2007.5.152007.5.15ft=（0.9～0.8）fst。在试验资料时，一般取劈拉强度

fst＝0.35（fcu

）*3/42007.5.154.影响混凝土强度的7种主要因素水泥强度水灰比骨料品质（品种与级配）施工条件养护条件龄期外加剂试验条件对结果的影响

2007.5.15（1）水泥强度和水灰比水泥的影响水泥的强度反映水泥胶结能力的大小，所以水泥石及水泥石与骨料的胶结强度与水泥强度有关。水泥强度越高，混凝土的强度也越高。试验证明：

混凝土与水泥强度成正比关系；当水泥强度等级相同时，随着水灰比的增大，混凝土强度会有规律地降低。水泥的实际强度(71页)：

2007.5.15水灰比的影响水泥水化所需的水量远少于为保证混凝土拌和物和易性所需的水量。一方面，剩余水将在混凝土中留下大量孔隙，而材料强度与孔隙率呈指数函数关系；另一方面，形成水泡，极大削弱砂浆与骨料的粘结强度。2007.5.15混凝土强度经验公式fcu——混凝土28d抗压强度（MPa）fce——水泥的实测强度（MPa）C/W——灰水比

a、

b——与骨料种类有关的回归系数：对于卵石：

a＝0.48;

b＝0.33;

对于碎石：

a＝0.46;

b＝0.07。71页例题4-2,4-32007.5.15（2）骨料品质：水泥浆体与骨料的粘结力还与骨料（特别是粗骨料，硬化后混凝土的骨架）的表面状况有关。碎石表面粗糙，有棱角，与水泥的胶结力较强，而且相互间有嵌固作用，所以在其他条件相同时，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土。当骨料中有害杂质含量过多且质量较差时，会使混凝土的强度降低。骨料级配良好、砂率适中时，空隙率小，组成的骨架较密实，混凝土的强度也就较高。2007.5.15(3)施工条件（搅拌和振捣成型）①机械搅拌比人工搅拌好，砼强度高；②搅拌时间越长，强度越高；③先投入粗骨料、水泥和适量水，再投入砂和其余水，比全部投入好。机械振动2007.5.15（4）养护条件：混凝土养护条件主要是指养护的温度与湿度，它们对混凝土强度的发展有较大的影响。水泥水化需要一定的水分，在干燥环境下，混凝土强度的发展会减缓甚至完全停止。同时会有较大的干缩，以致产生干缩裂缝，影响混凝土的强度。所以，在混凝土硬化初期，一定要使其表面保持潮湿状态。

在一定的湿度下，养护温度高，水泥水化速度快，强度发展也快，所以用蒸汽养护可加速混凝土硬化。温度低，混凝土硬化慢。当温度低于0℃时，混凝土硬化停止，低于

3℃时，还会发生冰冻破坏。冬季施工时，要注意混凝土保温，使混凝土能正常硬化。2007.5.15400481216202428102030混凝土强度与冻结日期的关系抗压强度，Mpa龄期，d增长1d后冻结增长10d后冻结增长7d后冻结增长5d后冻结增长3d后冻结没有冻结2007.5.153652040608010012014016037142890长期保持潮湿1d养护28d强度，％龄期，d长期保持潮湿长期保持潮湿14d长期保持潮湿7d长期保持潮湿3d混凝土强度与保持潮湿日期的关系2007.5.15（5）龄期：龄期:

指混凝土拌合、成型后所经过的养护时间。混凝土的强度随龄期的增长，逐步提高。在正常的养护条件下，强度最初几天内发展较快，以后发展渐慢，28天可达到设计强度，28天以后发展缓慢，增长时间可以延续数十年之久。普通硅酸盐水泥配制混凝土强度的发展，大致与龄期的对数成正比关系—推算强度fn/f28=lgn/lg28(n≥3)fn—n天龄期混凝土的抗压强度f28—28天龄期混凝土的抗压强度2007.5.15（6）外加剂：减水剂：

一定流动性下，减少用水量，降低水灰比，提高强度早强剂：

加速水泥水化速度，提高混凝土早期强度，但后期强度有可能反而会降低。2007.5.15（7）试验条件对测试结果的影响：

A.试件形状；棱柱体、立方体差别

B.试件尺寸；

C.表面状态；平整、受力均匀强高；涂润滑油，减弱环箍

D.加荷速度；

E.含水状态等。上述因素影响强度试验值，而不是实际混凝土强度！2007.5.15试件尺寸越大，混凝土强度测试值越偏低；试件尺寸越小，混凝土强度测试值越偏高；含水状态:试验时，要求试件是湿状态；干燥试件比饱水试件强度高20%--25%加荷速度：恒定加荷速度加荷速度越快，测试值越高，反之亦然。其原因：环箍效应，尺寸小，环箍效应明显缺陷概率，尺寸大，缺陷概率大2007.5.155.提高混凝土抗压强度的措施（1）采用高强度等级水泥；（2）尽量降低水灰比，或采用干硬性混凝土；（3）采用优质砂石骨料，选择合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎石；（4）改进施工工艺，采用机械搅拌和机械振捣；（5）改善养护条件，提高混凝土的早期强度；（6）在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂。（7）掺硅粉或超细矿渣粉等矿物外掺剂，提强、耐久。2007.5.15（二）混凝土的变形性能变形：非荷载作用下的变形：砼的化学收缩、干湿变形、温度变形、自收缩；荷载作用下的变形：短期荷载作用下的变形；长期荷载作用下的变形——徐变2007.5.151、化学收缩混凝土由水泥的水化反应所产生的固有收缩，原因是水泥水化物的固体体积小于水化前反应物的总体积.体积收缩变形不能恢复。收缩值随着龄期的增加而增大。水泥用量越大收缩值越大2007.5.152、干缩湿胀空气中的混凝土散失水分时体积收缩，称干燥收缩（干缩）；受潮后体积又膨胀，即为湿胀。混凝土中过大的干缩会产生裂缝，性能变差。降低水泥用量、减小水灰比可减小干缩。在混凝土凝结硬化初期，如空气过于干燥或风速大、蒸发快，可导致混凝土塑性收缩裂缝。在混凝土凝结硬化以后，当收缩值过大，收缩应力超过混凝土极限抗拉强度时，可导致混凝土干缩裂缝。2007.5.153、自收缩(74页)自收缩和干缩产生机理在实质上可以认为是一致的，常温条件下主要由毛细孔失水，形成水凹液面而产生收缩应力。区别：自收缩是因水泥水化导致混凝土内部缺水，外部水分未能及时补充而产生。干缩则是混凝土内部水分向外部挥发而产生。2007.5.15影响混凝土收缩值的因素主要有：

（1）水泥用量：砂石骨料的收缩值很小，故混凝土的干缩主要来自水泥浆的收缩，在水灰比一定时，水泥用量越大，混凝土干缩值也越大。

（2）水灰比：在水泥用量一定时，水灰比越大，意味着多余水分越多，蒸发收缩值也越大。因此要严格控制水灰比，尽量降低水灰比。（3）水泥品种和强度：一般情况下，矿渣水泥比普通水泥收缩大。高强度水泥比低强度水泥收缩大。故对干燥环境施工和使用的混凝土结构，要尽量避免使用矿渣水泥。（4）环境条件：气温越高、环境湿度越小或风速越大，混凝土的干燥速度越快，在混凝土凝结硬化初期特别容易引起干缩开裂，故必须加强早期浇水养护。空气相对湿度越低，最终的极限收缩也越大。

2007.5.154、温度变形（环境温度变化、混凝土硬化初期水化热）一般室温变化对混凝土无很大影响，但温度变化很大时会对混凝土产生重要影响。当温度变化引起骨料体积变化和水泥石体积变化相差很大，或骨料颗粒之间膨胀系数差别很大都会产生有破坏性的内应力，导致混凝土裂纹与剥落。当温度降低时，混凝土冷收缩受完全约束所产生的弹性拉应力非常大。混凝土内部与外部的温差对体积稳定性产生影响，即大体积混凝土温度变形。混凝土内部由于水泥水化放热温度升高且混凝土导热能力低热量聚集在内部长期不易散失，混凝土表面散热快、温度低，造成内、外热变形不一致，内部、外部约束应力不一致产生裂纹。2007.5.155、荷载作用下的变形（1）短期荷载作用下的变形(弹塑性变形)

包括：弹性变形和塑性变形塑性变形：

水泥凝胶体的塑性流动和各组成间的滑移产生应力-应变曲线2007.5.15（2）混凝土的静力弹性模量

弹性模量：应力与应变之比我国现行标准指定以应力

=1/3fcp时的加荷割线弹性模量定义为混凝土的弹性模量Eh——静力弹性模量。2007.5.15影响混凝土弹性模量的因素混凝土的强大越高，弹模越高骨料含量越高，弹模越高水灰比越小，砼越密实，弹模越高养护龄期越长，弹模越高2007.5.15（3）长期荷载作用下的变形－徐变混凝土承受持续荷载，随时间延长而增加的变形称徐变。产生原因：水泥石中凝胶体在长期荷载作用下的粘性流动。使凝胶孔水向毛细孔内迁移的结果。徐变有利影响：削弱温度、干缩引起的约束变形，防止裂缝产生。徐变不利影响：引起预应力结构预应力损失，造成不利影响。影响因素：W/C——小，则徐变小骨料——弹性模量大，则徐变大应力——越大，徐变越大2007.5.15（三）混凝土的耐久性长期以来，人们一直认为混凝土材料是一种耐久性良好的材料，因为不少用其建造的结构物使用寿命长久。如一些早期建成的混凝土建筑物，已经使用了100年上下仍然完好。但与此同时不少结构物过早地毁坏，维修困难而且费用高昂，促使人们重视耐久性问题；许多大型结构物的兴建，例如海底隧道、跨海大桥、石油钻井平台、核废料储存容器等，对使用寿命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至几百年2007.5.15混凝土耐久性：

混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。提高混凝土耐久性，对于延长结构寿命，减少修复工作量，提高经济效益具有重要的意义。包括：抗渗、抗冻、抗磨、抗侵蚀性抗碳化、抗碱骨料反应2007.5.15（1）抗渗性(最主要的技术指标)混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。是以28d龄期的标准试件，按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。可分为P4、P6、P8、P10和P12等五个等级，分别表示混凝土能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的静水压力而不发生渗透。影响混凝土抗渗性的主要因素：

水灰比和水泥用量、骨料含泥量和级配、施工质量和养护条件提高抗渗性的措施：降低水灰比，采用减水剂，骨料级配良好，加强养护等。2007.5.15（2）抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。混凝土冻融破坏的机理用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱和水状态下，强度损失不超过25％，且质量损失不超过5％时，所能承受的最大冻融循环次数来表示，有F10、F15、F25、F50、F100、F200、F250和F300等九个等级。提高抗冻性措施：提高密实度，减小水灰比，掺加引气剂或减水型引气剂。2007.5.153、混凝土的抗碳化性环境中二氧化碳和混凝土内水泥石中的氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，从而使混凝土碱度降低（中性化）的现象。Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2O有利有弊，利少弊多：利：生成的碳酸钙填充水泥石孔隙，提高密实度，对有害介质侵入缓冲作用。弊：使钢筋锈蚀，引起细微裂缝，强度降低影响混凝土抗渗性的主要因素：水灰比和