PPT建筑材料课件10

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天抗压强度度,ＭＰa；fce——水泥的实际际强度,ＭＰa；ＣＣ／Ｗ——灰水比；ＣＣ——每立方米混混凝土中水水泥用量,kg;ｗ——每立方米混混凝土中用用水量,kg。αa,αb为回归系数数，与骨料料品种、水水泥品种有有关，其数数值可通过过试验求得得。《普通混凝土土配合比设设计规程》（JGJ55—2000）提供的αa、αb经验值为：：采采用碎碎石：αa=0.46αb＝0.07采用卵石：：αa=0.48αb=0.33（2）养护的温温度和湿度度混凝土强度度的增长，，是水泥的的水化、凝凝结和硬化化的过程，，必须在一一定的温度度和湿度条条件下进行行。在保证证足够湿度度情况下，，不同养护护温度，其其结果也不不相同。温温度高，水水泥凝结硬硬化速度快快，早期强强度高，所所以在混凝凝土制品厂厂常采用蒸汽养护的方法提高高构件的早早期强度，，以提高模模板和场地地周转率。。低温时水水泥混凝土土硬化比较较缓慢，当当温度低至至0°Ｃ以下时，，硬化不但但停止，且且具有冰冻冻破坏的危危险。水泥泥的水化必必须在有水水的条件下下进行，因因此，混凝凝土浇筑完完毕后，必必须加强养养护，保持持适当的温温度和湿度度，以保证证混凝土不不断地凝结结硬化。（3）龄期在正常养护护条件下，，混凝土强强度的增长长遵循水泥泥水化历程程规律，即即随着龄期期时间的延延长，强度度也随之增增长。最初初７～１４４ｄ内，强强度增长较较快，２８８ｄ以后增增长较慢。。但只要温温湿度适宜宜，其强度度仍随龄期期增长。普普通水泥泥制成的混混凝土，在在标准养护护条件下，，其强度的的发展，大大致与其龄龄期的对数数成正比（（龄期不小小于三天））式中fn————nd龄期期混混凝凝土土的的抗抗压压程程度度,MPa；ｆｆ28————28ｄ龄龄期期混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度,MPa；lgｎ、、lg28————ｎ（（ｎｎ不不小小于于3）和和28的常常用用对对数数。。实际际工工程程中中利利用用混混凝凝土土的的成熟熟度度来估算混凝凝土强度也也是一种有有效的方法法。混凝土土的成熟度度是指混凝凝土所经历历的时间和和温度的乘乘积的总和和，单位为为h·℃。当混凝土土的初始温温度在某一一范围内，，并且在所所经历的时时间内不发发生干燥失失水的情况况下，混凝凝土强度和和成熟度的的对数成线线性关系。。（4）施工质量量施工质量的的好坏对混混凝土强度度有非常重重要的影响响。施工质质量包括配配料准确，，搅拌均匀匀，振捣密密实，养护护适宜等。。任何一道道工序忽视视了规范管管理和操作作，都会导导致混凝土土强度的降降低。(5)试验条件试验条件对对混凝土强强度的测定定也有直接接影响。如如试件尺寸寸，表面的的平整度，，加荷速度度以及温湿湿度等，测测定时，要要严格遵照照试验规程程的要求进进行，保证证试验的准准确性。3提高混凝土土强度的措措施（1）选用高强强度水泥和和低水灰比比水泥是混凝凝土中的活活性组分，，在相同的的配合比情情况下，所所用水泥的的强度等级级越高，混混凝土的强强度越高。。水灰比是是影响混凝凝土程度的的重要因素素，试验证证明，水灰灰比增加１１％，则则混凝土强强度将下降降５％，在在满足施工工和易性和和混凝土耐耐久性要求求条件下，，尽可能降降低水灰比比和提高水水泥强度，，这对提高高混凝土的的强度是十十分有效的的。（2）掺用混凝凝土外加剂剂在混凝土中中掺入减水水剂，可减减少用水量量，提高混混凝土强度度；掺入早早强剂，可可提高混凝凝土的早期期强度。在在混凝土中中掺入矿物物外加剂（（如磨细矿矿渣、粉煤煤灰、硅灰灰、沸石粉粉等），可可以节约水水泥，降低低成本；减减少环境污污染，改善善混凝土诸诸多性能。。（3）采用机械搅搅拌和机械振振动成型。采用机械搅拌拌、机械振捣捣的混合料，，可使混凝土土混合料的颗颗粒产生振动动，降低水泥泥浆的粘度和和骨料的摩擦擦力，使混凝凝土拌合物转转入液体状态态，在满足施施工和易性要要求条件下，，可减少拌合合用水量，降降低水灰比。。同时，混凝凝土混合物被被振捣后，它它的颗粒互相相靠近，并把把空气排出，，使混凝土内内部孔隙大大大减少，从而而使混凝土的的密实度和强强度大大提高高。（4）采用湿热处处理湿热处理可分分为蒸汽养护护和蒸压养护护两类。蒸汽汽养护就是将将成型后的混混凝土制品放放在100℃以下的常压蒸蒸汽中进行养养护。以加快快混凝土强度度发展的速度度。混凝土经经16～20ｈ的蒸汽养护护后，其强度度即可达到标标准养护条件件下28ｄ强度的70％～80％。蒸压养护混凝凝土在175℃温度和８个大大气压的蒸压压釜中进行养养护。主要适适用于硅酸盐盐混凝土拌合合物及其制品品。4.混凝土的变形形性能引起混凝土变变形的因素很很多，归纳起起来有两类：：非荷载作用用下的变形和和荷载作用下下的变形1混凝土在非荷荷载作用下的的变形（1）化学收缩混混凝土在硬化化过程中，由由于水泥水化化产物的体积积小于反应物物（水和水泥泥）的体积，，引起混凝土土产生收缩，，称为化学收收缩。其收缩缩量是随着混混凝土龄期的的延长而增加加，大致与时时间的对数成成正比一般在在混凝土成型型后40ｄ内收缩量增增加较快，以以后逐渐趋向向稳定。化学学收缩是不可可恢复的，可可使混凝土内内部产生微细细裂缝。（2）塑性收缩混凝土成型后后尚未凝结硬硬化时属塑性性阶段，在此此阶段往往由由于表面失水水而产生收缩缩称为塑性收收缩。新拌混混凝土若表面面失水速率超超过内部水向向表面迁移的的速率时，会会造成毛细管管内部产生负负压，因而使使浆体中固体体粒子间产生生一定引力，，便产生了收收缩，如果引引力不均匀作作用于混凝土土表面，则表表面将产生裂裂纹。预预防塑性性收缩开裂的的方法是降低低混凝土表面面失水速率，，采取防风、、降温等措施施。最有效的的方法是凝结结硬化前保持持混凝土表面面的湿润，如如在表面覆盖盖塑料膜、喷喷洒养护剂等等。（3）干湿变形混凝土的干湿湿变形主要取取决于于周围环环境湿湿度的的变化化，表表现为为干缩缩湿胀胀。混混凝土土在干干燥空空气中中存放放时，，混凝凝土内内部吸吸附水水分蒸蒸发而而引起起凝胶胶体失失水产产生紧紧缩，，以及及毛细细管内内游离离水分分蒸发发，毛毛细管管内负负压增增大，，也使使混凝凝土产产生收收缩。。如干干缩后后的混混凝土土再次次吸水水变湿湿后，，一部部分干干缩变变形是是可以以恢复复的。。混混凝凝土在在水中中硬化化时，，体积积不变变，甚甚至有有轻微微膨胀胀。这这是由由于凝凝胶体体中胶胶体粒粒子的的吸附附水膜膜增厚厚，胶胶体粒粒子间间距离离增大大所致致。混凝土的的湿胀变变形量很很小，一一般无破破坏作用用。但干干缩变形形对混凝凝土危害害较大，，干缩可可能使混混凝土表表面出现现拉应力力而导致致开裂，，严重影影响混凝凝土的耐耐久性。。影影响响混凝土土干缩的的因素有有：水泥泥品种和和细度、、水泥用用量和用用水量等等。火山山灰质硅硅酸盐水水泥比普普通硅酸酸盐水泥泥干缩大大；水泥泥越细，，收缩也也越大；；水泥用用量多，，水灰比比大，收收缩也大大；混凝凝土中砂砂石用量量多，收收缩小；；砂石越越干净，，捣固越越好，收收缩也越越小.（4）温度变变形混凝土与与其他材材料一样样，也具具有热胀胀冷缩的的性质，，混凝土土的热胀胀冷缩的的变形，，称为温温度变形形。混凝凝土温度度膨胀系系数约为为1×10-5，即温度度升高1℃，每m膨胀0.01ｍｍ。温温度变形形对大体体积混凝凝土极为为不利。。混凝土土在硬化化初期，，水泥水水化放出出较多的的热量，，而混凝凝土是热热的不良良导体，，散热很很慢，使使混凝土土内部温温度升高高，但外外部混凝凝土温度度则随气气温下降降，致使使内外温温差达50～70℃，造成内内部膨胀胀及外部部收缩，，使外部部混凝土土产生很很大的拉拉应力，，严重时时使混凝凝土产生生裂缝。。因此，对对大体积积混凝土土工程，，应设法法降低混混凝土的的发热量量，如采采用低热热水泥，，减少水水泥用量量，采用用人工降降温措施施以及对对表层混混凝土加加强保温温保湿等等，以减减小内外外温差，，防止裂裂缝的产产生和发发展。对对纵纵向长度度较大的的混凝土土及钢筋筋混凝土土结构，，应考虑虑混凝土土温度变变形所产产生的危危害，每每隔一段段长度应应设置温温度伸缩缩缝，以以及在结结构内配配置温度度钢筋。。5混凝土在在荷载作作用下的的变形混凝土的的受压变变形与破破坏特征征硬化后的的混凝土土在未施施加荷载载前，由由于水泥泥水化造造成的化化学收缩缩和物理理收缩引引起的砂砂浆体积积的变化化，在粗粗骨料与与砂浆界界面上产产生了拉拉应力，，同时混混凝土成成型后的的泌水聚聚积于粗粗骨料的的下缘，，混凝土土硬化后后形成为为界面裂裂缝。混混凝土受受外力作作用时，，其内部部产生了了拉应力力，这种种拉应力力很容易易在具有有几何形形状为楔楔形的微微裂缝顶顶部形成成应力集集中，随随着拉应应力的逐逐渐增大大，导致致微裂缝缝的进一一步延伸伸、汇合合、扩大大，形成成可见的的裂缝，，致使混混凝土结结构丧失失连续性性而遭到到完全破破坏。当用混凝凝土立方方体试件件进行单单轴静力力受压试试验时，，混凝土土的荷载载变形曲曲线如图图1所示，通通过显微微观察所所查明的的混凝土土破坏过过程各阶阶段的裂裂缝状态态如图2所示。图1混凝土的的荷载变变形曲线线图2混凝土不不同受力力破坏阶阶段的裂裂缝状态态示意图图由此可见见，荷载载与变形形的关系系，是内内部微裂裂缝发展展规律的的体现。。混凝土土在外力力作用下下的变形形和破坏坏过程，，也就是是内部裂裂缝的发发生和发发展过程程，它是是一个从从量变发发展到质质变的过过程。第四节混混凝土土的耐久久性混凝土抵抵抗环境境介质作作用并长长期保持持其良好好的使用用性能的的能力称称为混凝凝土的耐久性。提高混混凝土耐耐久性，，对于延延长结构构寿命，，减少修修复工作作量，提提高经济济效益具具有重要要的意义义1混凝土的的抗渗性性混凝土的的抗渗性性是指混凝凝土抵抗抗压力水水渗透的的能力。。混凝土渗渗水的原原因，是由于内内部孔隙隙形成连连通的渗渗水孔道道。这些些孔道主主要来源源于水泥泥浆中多多余水分分蒸发而而留下的的气孔、、水泥浆浆泌水所所产生的的毛细管管孔道、、内部的的微裂缝缝以及施施工振捣捣不密实实产生的的蜂窝、、孔洞，，这些都都会导致致混凝土土渗漏水水。混凝土的抗渗渗性以抗渗等等级来表示。。抗渗等级是以以28ｄ龄期的标准准抗渗试件，，按规定方法法试验，以不不渗水时所能能承受的最大大水压力来表表示，划分为为P2、P4、P6、P8、P12等等级，它们们分别表示能能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.2MPa的水压力而不不渗透。混混凝土土的抗渗性与与水灰比有密密切关系，还还与水泥品种种、骨料级配配、施工质量量、养护条件件以及是否掺掺外加剂、掺掺合料有关。。2混凝土的抗冻冻性混混凝土的抗抗冻性是指混凝土在在水饱和状态态下，能经受受多次冻融循循环作用而不不破坏，同时时也不严重降降低强度的性性能。混混凝土抗抗冻性一般以以抗冻等级表表示。抗冻等等级是采用龄龄期28ｄ的试块块在吸水水饱和后后，承受受反复冻冻融循环环，以抗抗压强度度下降不不超过25％，而且且质量损损失不超超过５５％时所所能承受受的最大大冻融循循环次数数来确定定的。ＧＧＢＪ50164—92将混凝土土划分为为以下抗抗冻等级级：Ｆ10、F15、F25、F50、F150、F200、F250、F300等九个等等级，分分别表示示混凝土土能够承承受反复复冻融循循环次数数为10、25、25、50、100、150、200、250和300次。混凝土受受冻融作作用破坏坏的原因因，是混混凝土内内部的孔孔隙水在在负温下下结冰后后体积膨膨胀造成成的静水水压力，，因冷冻冻水蒸汽汽压的差差别推动动未冻水水向冻结结区的迁迁移造成成的渗透透压力，，当这两两种压力力所产生生的内应应力超过过混凝土土抗拉强强度时，，混凝土土就会产产生裂缝缝，多次次冻融使使裂缝不不断扩展展直至破破坏。影响混凝凝土抗冻冻性的因因素有：：

（１１）混凝凝土强度度愈高，，抵抗冻冻融破坏坏的能力力越强，，抗冻性性越好。。

（２２）混凝凝土密实实度、混混凝土孔孔隙构造造及数量量。密实实度越小小，开口口孔隙愈愈多，水水分愈易易渗入，，静水压压力越大大，抗冻冻性越差差。（（３）混混凝土孔孔隙充水水程度。。饱水程程度愈高高，冻结结后产生生的冻胀胀作用就就大，抗抗冻性越越差。（（４））水灰比比。水灰灰比与孔孔隙率成成正比，，水灰比比越大，，且开口口孔隙率率大，抗抗冻性越越差。（（５））外加剂剂。在混混凝土中中掺入引引气剂，，可在水水泥石中中形成无无数细小小、均匀匀的气泡泡，使之之成为压压力水进进出的““水库””，使静静水压力力和渗透透压力得得以释放放，对冰冰冻破坏坏起到很很好的缓缓冲作用用。适宜宜的引气气量以４４％～６６％为宜宜。3抗侵蚀性性抗侵蚀性性是指混混凝土在在含有侵侵蚀性介介质环境境中遭受受到化学学侵蚀、、物理作作用不破破坏的能能力。混混凝凝土的抗抗侵蚀性性主要取取决于水水泥的品品种、混混凝土密密实度与与孔隙特特征等。。4混凝土的的碳化混凝土的的碳化作作用是指指空气中中的二氧氧化碳与与水泥石石中的氢氢氧化钙钙作用，，生成碳碳酸钙和和水。碳碳化又叫叫中性化化。碳碳化化对混凝凝土性能能有明显显的影响响，首先先是减弱弱对钢筋筋的保护护作用。。由于水水泥水化化过程中中生成大大量氢氧氧化钙，，使混凝凝土孔隙隙中充满满饱和的的氢氧化化钙溶液液，其ＰＰＨＨ值可达达到12.6～13。这种强强碱性环环境能使使混凝土土中的钢钢筋表面面生成一一层钝化化薄膜，，从而保保护钢筋筋免于锈锈蚀。碳碳化