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.混凝刘土的界变形蜻性能引起殖混凝西土变成形的钉因素常很多榴，归桃纳起渡来有扔两类百：非姨荷载撑作用建下的草变形载和荷络载作炼用下注的变枪形1混凝退土在伐非荷在载作蛙用下毛的变带形（1）化笛学收恐缩幕混凝喘土在垦硬化粗过程都中，割由于鼠水泥寻水化棍产物钳的体露积小完于反另应物诉（水菜和水甚泥）娇的体伏积，栏引起翁混凝泊土产练生收斯缩，些称为栋化学滩收缩龟。其谎收缩蒸量是上随着丑混凝胀土龄宏期的乏延长溪而增疗加，状大致慈与时舍间的拉对数亡成正溪比一甲般在拣混凝奴土成寨型后40ｄ内烛收缩株量增从加较省快，显以后案逐渐甲趋向栽稳定嘱。化揭学收采缩是忘不可仗恢复究的，尸可使现混凝粪土内量部产价生微颗细裂华缝。（2）塑巨性收跪缩混凝耳土成疫型后扑尚未趣凝结洪硬化虾时属融塑性戏阶段率，在嫁此阶翠段往涨往由绿于表歼面失石水而限产生初收缩内称为氧塑性湿收缩凉。新找拌混扭凝土蹦若表贴面失帖水速链率超滥过内阅部水涨向表愈面迁革移的往速率荡时，择会造屿成毛申细管竖内部夸产生悄负压桐，因或而使来浆体妄中固敞体粒左子间返产生疼一定吃引力煮，便的产生祝了收毫缩，扑如果讽引力誓不均诊匀作龙用于研混凝众土表展面，右则表贺面将由产生刃裂纹竿。疗预防纺塑性璃收缩蜡开裂垄的方鲁法是滥降低蔬混凝别土表际面失醒水速币率，如采取怪防风册、降合温等窑措施睛。最弃有效奇的方移法是驴凝结佣硬化学前保缘瑞持混巾凝土川表面膝的湿蹈润，狱如在棋表面乒覆盖伪塑料即膜、紫喷洒震养护脱剂等扭。（3）干置湿变龙形混凝者土的叶干湿双变形主要野取决胃于周围珠环境福湿度条的变络化，工表现糕为干扰缩湿类胀。滴混凝纯土在窃干燥宪空气详中存港放时勇，混逗凝土床内部鱼吸附狐水分哈蒸发永而引锯起凝讲胶体弱失水蓄产生戚紧缩炉，以醋及毛袍细管踩内游伟离水脆分蒸篮发，王毛细咳管内学负压链增大俘，也夹使混耻凝土摩产生齿收缩提。如在干缩星后的药混凝泛土再部次吸统水变馆湿后修，一待部分宽干缩抚变形共是可描以恢笨复的鸭。盛混阿凝土恐在水体中硬蓝化时激，体先积不摘变，珠甚至育有轻肯微膨劣胀。棒这是惹由于帐凝胶程体中奖胶体蛋粒子圣的吸巴附水奸膜增沾厚，治胶体颈粒子兔间距腐离增咸大所涝致。混凝哑土的映湿胀航变形艘量很辅小，刊一般晕无破扎坏作陕用。尖但干偏缩变覆形对敌混凝露土危盏害较史大，污干缩参可能躁使混厚凝土化表面脱出现壶拉应滑力而谱导致途开裂峡，严征重影厦响混牧凝土河的耐绍久性哲。晕影响妥混凝呼土干泼缩的裳因素盲有：冰水泥篮品种率和细虏度、报水泥爹用量群和用其水量朝等。洗火山清灰质恼硅酸垦盐水表泥比滴普通猫硅酸渐盐水粮泥干殖缩大无；水东泥越耻细，声收缩丽也越巴大；鹿水泥沉用量衫多，凡水灰凑比大戒，收展缩也皂大；牙混凝街土中骨砂石张用量迫多，尚收缩运小；牛砂石灵越干堂净，谢捣固今越好蛮，收摊缩也刑越小.（4）温锐度变碌形混凝胀土与厉其他射材料宁一样虽，也植具有谎热胀及冷缩厚的性烛质，揪混凝败土的吸热胀希冷缩孤的变凡形，顿称为攀温度浅变形裳。混近凝土牛温度亿膨胀那系数光约为1×非10刊-5，即步温度搂升高1℃，每m膨胀0.毫01ｍｍ捡。滥温度潮变形都对大胀体积艺混凝另土极悉为不肆利。独混凝看土在遮硬化筋初期境，水帖泥水夕化放育出较僻多的闸热量核，而愚混凝邻土是麦热的非不良托导体闲，散叮热很熄慢，辣使混彩凝土蛇内部旨温度卸升高铺，但哄外部披混凝笑土温阵度则衡随气扒温下栽降，多致使刻内外反温差掌达50～70沸℃，造打成内庭部膨浮胀及悉外部晋收缩序，使门外部粗混凝织土产么生很夹大的言拉应炕力，育严重要时使加混凝坏土产致生裂规缝。因此赵，对榴大体寒积混秤凝土蹈工程拦，应友设法魄降低虎混凝遗土的纷发热奔量，俗如采笋用低保热水诱泥，陈减少战水泥豆用量解，采等用人祸工降找温措松施以询及对切表层牵混凝慢土加涛强保诊温保嫂湿等惨，以粥减小安内外霉温差得，防舅止裂钩缝的翠产生源和发讲展。战对拜纵向陈长度聪较大伏的混祝凝土召及钢兴筋混党凝土胳结构伙，应移考虑涨混凝鼻土温掠度变眼形所须产生寻的危题害，蓝每隔丘一段库长度订应设横置温绑度伸贷缩缝纵，以宴及在握结构悦内配筒置温美度钢柜筋。5混凝失土在贤荷载姐作用索下的旱变形混凝优土的卫受压婚变形港与破设坏特惠征硬化吧后的位混凝辨土在吐未施车加荷即载前僚，由搁于水缎泥水脉化造零成的下化学沃收缩筝和物饺理收母缩引酒起的达砂浆四体积拨的变疯化，豆在粗遗骨料喜与砂蹲浆界仗面上伐产生绳了拉纱应力请，同凝时混条凝土诊成型灯后的考泌水忘聚积柔于粗碑骨料权的下做缘，粪混凝以土硬矿化后床形成晓为界地面裂踩缝。吨混凝取土受捕外力遇作用居时，蒜其内吴部产钓生了已拉应砖力，扶这种岁拉应漏力很至容易行在具残有几池何形炮状为桌楔形啦的微兰裂缝梅顶部极形成绒应力棍集中山，随刮着拉俩应力树的逐腿渐增阀大，朵导致输微裂厌缝的誓进一贯步延率伸、酬汇合怠、扩学大，订形成焦可见它的裂奥缝，到致使做混凝兴土结耻构丧袜失连轿续性传而遭渗到完寸全破衬坏。当用欢混凝齿土立朱方体源试件抽进行竹单轴佣静力乡丰受压父试验哪时，企混凝阀土的灰荷载道变形柿曲线盖如图1所示猴，通皮过显诱微观榜察所骂查明丸的混车凝土遗破坏链过程锋各阶袜段的浇裂缝显状态堂如图2所示剃。图1混凝喜土的滋荷载惹变形牵曲线图2混凝康土不寒同受帖力破歌坏阶谨段的识裂缝警状态诱示意鼠图由此钩可见抱，荷同载与彩变形斗的关友系，伴是内睁部微花裂缝恼发展蓝规律巧的体瓜现。对混凝计土在杰外力再作用盛下的交变形塔和破泽坏过蹄程，婚也就安是内汗部裂早缝的邻发生面和发喇展过吗程，谊它是受一个婶从量典变发剑展到把质变剪的过蜂程。第四覆节宽混棚凝土丧的耐舒久性混凝小土抵武抗环专境介公质作对用并掠长期治保持飘其良注好的休使用察性能赞的能桂力称唯为混科凝土宅的耐久衡性。提罪高混压凝土扩耐久醋性，改对于仔延长铲结构损寿命恒，减每少修围复工阳作量炒，提跟高经裙济效垒益具勉有重它要的臭意义1混凝叨土的肯抗渗截性混凝剧土的秧抗渗煮性是指苍混凝类土抵味抗压窑力水刺渗透趟的能托力。混凝坛土渗贯水的搅原因苏，是由化于内涛部孔皮隙形辟成连船通的赔渗水煤孔道薯。这悔些孔浪道主炒要来排源于摆水泥筑浆中琴多余比水分段蒸发旬而留虚下的鼻气孔绑、水坝泥浆凝泌水荡所产诊生的伏毛细栗管孔凝道、岭内部揭的微宇裂缝能以及仪施工勤振捣弹不密明实产辨生的键蜂窝级、孔照洞，洒这些孤都会眉导致葬混凝版土渗诱漏水雨。混凝粉土的瞒抗渗态性以补抗渗守等级鬼来表县示。抗渗融等级咬是以28ｄ龄遥期的经标准掌抗渗盼试件翠，按迅规定纳方法弱试验惧，以泉不渗帜水时访所能趋承受坝的最族大水泽压力傻来表排示，北划分刃为P2、P4、P6、P8、P1叛2等等秧级，伸它们秧分别鞋表示洁能抵矮抗0.磁2、0.顾4、0.盼6、0.亭8、1.逮2执MP滥a的水愧压力溜而不著渗透店。卷混凝窑土的状抗渗巩性与梨水灰腊比有捞密切替关系求，还根与水令泥品应种、享骨料扩级配圈、施漠工质世量、携养护打条件招以及听是否适掺外践加剂邮、掺枪合料据有关雾。2混凝末土的腿抗冻夹性腾混凝腊土的娃抗冻新性是指棒混凝复土在替水饱孝和状宝态下阻，能迈经受材多次浙冻融巷循环那作用岂而不占破坏筝，同简时也磁不严熊重降芹低强钉度的另性能单。夺混凝太土抗列冻性无一般专以抗县冻等修级表妹示。光抗冻或等级镇是采罗用龄亦期28ｄ的城试块旱在吸软水饱呜和后旺，承蛋受反剃复冻欺融循振环，天以抗雁压强烫度下腔降不谁超过25％，沉而且分质量磨损失枝不超诸过堪５％记时所搏能承趋受的霉最大硬冻融名循环夹次数畅来确绝定的传。Ｇ迹ＢＪ50芳16被4—爹92将混杨凝土扯划分略为以尝下抗斤冻等贴级：茎Ｆ10、F1渣5、F2躺5、F5浴0、F1宅50、F2观00、F2伶50、F3开00等九雪个等堪级，冰分别焰表示址混凝盛土能奏够承活受反袭复冻惩融循缩慧环次咽数为10、25、25、50、10志0、15舍0、20艇0、25遍0和30斯0次。混凝膀土受液冻融核作用哑破坏庸的原膜因，丧是混蓬凝土嘱内部姑的孔摇隙水御在负第温下王结冰并后体庆积膨僵胀造雨成的害静水停压力纲，因旷冷冻活水蒸插汽压球的差抖别推耐动未候冻水炸向冻成结区狮的迁为移造抖成的卸渗透解压力参，当以这两协种压犹力所属产生哲的内钩应力辛超过休混凝村土抗河拉强努度时羞，混仁凝土注就会望产生聪裂缝件，多垮次冻掀融使接裂缝址不断筛扩展敞直至饼破坏残。影响剑混凝夹土抗出冻性点的因愤素有局：识（１蛮）混种凝土堵强度既愈高矩，抵寨抗冻峡融破彼坏的懂能力筝越强伏，抗麻冻性做越好嫩。冈（２锦）混亲凝土瞧密实涉度、晒混凝淘土孔详隙构泡造及顽数量撇。密干实度阶越小抢，开戚口孔似隙愈勾多，绩水分妻愈易窝渗入念，静鲜水压能力越呼大，取抗冻咳性越帮差。任（溜３）堵混凝乔土孔聋隙充捐水程偏度。尝饱水乱程度唇愈高响，冻江结后辅产生既的冻泡胀作叼用就边大，脊抗冻看性越淋差。坐（捧４）黑水灰斑比。郊水灰肥比与照孔隙绕率成头正比形，水份灰比悟越大爷，且自开口样孔隙迹率大脖，抗治冻性拒越差姐。趴（５液）外垫加剂哲。在载混凝捡土中阅掺入良引气默剂，强可在绝水泥偏石中惰形成率无数众细小品、均犯匀的慕气泡随，使驴之成桶为压仿力水牧进出仓的“艰水库释”，卫使静恒水压篇力和愈渗透易压力辆得以降释放幻玉，对含冰冻疤破坏丽起到杜很好异的缓循冲作清用。档适宜株的引兵气量阅以４挎％～焦６％练为宜颤。3抗侵撕蚀性抗侵问蚀性茂是指矩混凝喊土在输含有吓侵蚀戏性介韵质环弊境中兵遭受窄到化浓学侵娱蚀、柱物理炉作用脱不破温坏的房诚能力伏。山混赛凝土绒的抗鹊侵蚀阵性主欺要取搭决于麻水泥萌的品斥种、杜混凝高土密帮实度迁与孔葡隙特己征等论。4混凝粉土的栋碳化混凝烤土的溉碳化炮作用谋是指底空气跟中的狐二氧宰化碳苦与水伞泥石拿中的速氢氧弱化钙缎作用队，生灿成碳穗酸钙售和水剑。碳息化又棋叫中帖性化荡。足碳化顺对混晋凝土稳性能趴有明匀显的香影响距，首很先是染减弱罚对钢妈筋的厘保护短作用脸。由冰于水症泥水仪化过艘程中傍生成闭大量堡氢氧浑化钙醒，使贿混凝岸土孔议隙中馆充满劣饱和岁的氢替氧化隙钙溶沃液，肢其闷Ｐ何Ｈ值筒可达槽到12米.6～13。这肌种强箱碱性剧环境旬能使舌混凝订土中货的钢捷筋表塞面生