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1、4.2.2 混凝土的强度 Strength of Concrete,几个基本概念混凝土受压破坏机理 决定混凝土强度的内在因素 混凝土强度的影响因素,混凝土强度指标的重要性,在混凝土设计和质量控制中，一般以强度作为评价的性能。强度是土木工程结构对材料的基本要求；混凝土的其它难以直接测量的主要性能，如弹性模量、抗水性、抗渗性、耐久性都与强度有直接关系，所以，可以由强度数据推断出其它性能的好坏；与其它许多性能相比，强度试验比较简单直观，通过制作试件，对其进行强度试验，测得的试件破坏时所能承受的最大内应力，即可计算得出混凝土的强度。,1、混凝土强度试验,混凝土的强度是通过对试件进行强度试验获得的。混凝
2、土的强度试验有：抗压试验单轴受压 混凝土受单方向压力作用,工程中采用的强度一般是单轴抗压强度；多轴向受压 混凝土受多方向压应力作用抗拉试验直接拉伸试验劈裂试验抗弯试验,(1)抗压强度试验,混凝土试件几何形状有立方体、棱柱体和圆柱体，我国以立方体试件为主；立方体试件的边长有100mm、150mm、200mm三种；当混凝土中骨料的Dmax20mm 时，可采用100mm立方体；当混凝土中骨料的Dmax40mm 时，可采用150mm立方体或200mm。试件的养护条件标准条件：202C，相对湿度95%；工程现场条件。,混凝土抗压强度的几个基本概念,立方体抗压强度立方体强度标准值强度等级实际强度,国家标准
3、规定：制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件(202C，相对湿度95%)下，养护到28天龄期，测得的抗压强度值称为混凝土立方体抗压强度，以“fcu”表示。,用标准试验方法测得的一组若干个立方体抗压强度值的总体分布中的某一个值，低于该值的百分率不超过5%,该抗压强度值称为立方体抗压强度标准值。以“fcu,k”表示,根据混凝土立方体强度标准值(MPa)划分的等级，以符号C+混凝土立方体强度标准值(fcu,k)表示。,将试件在实际工程的温湿度条件下养护28天，测得的立方体试件强度，作为混凝土施工质量控制和验收依据。,轴心抗压强度国家规范规定：用尺寸为150 mm 150 mm 300mm的标准
4、棱柱体试件，按规定方法成型、标准条件下养护28天，测得的抗压强度为轴心抗压强度，以fck表示；工程结构设计的依据；轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系：fck=(0.70.8)fcu换算系数与混凝土强度有关，强度越高，系数越小。,3、混凝土强度的影响因素,混凝土的强度fc随着龄期和养护不断增长，主要有三方面的影响因素：组成材料的特性与配合比（内在因素）浇灌与养护条件（温湿度、时间）生产工艺与条件此外，强度试验参数影响到测试值。,分析和掌握的思路：材料的强度与其组成、结构密切有关 组成影响因素：水泥、骨料和水及其特性与掺量；结构影响因素：组成材料及其分布、生产工艺与条件、浇灌与养护制度等。,1)组
5、成材料的特性与配合比,水灰比水泥品种骨料品种、最大粒径与级配水泥浆与骨料相对含量拌合水外加剂(化学外加剂、矿物外加剂),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，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；混凝土强度与水灰比符合“Abrams(亚伯姆)定律”：,水灰比(W/C)fc K1/K2w/cK1、K2 是常数，取决于混凝土的龄期、组成材料及测定方法等因素。,不同水灰比硬化水泥浆体的应力应变关系,水灰比如何影响？,混凝土的强度随着水灰比的减小而增加；当 w/c 0.3时,水灰比很小的降低都将导致混凝土强度很大的增加；这个结果归结于界面
6、过渡区强度的明显提高；原因：界面过渡区中氢氧化钙晶体颗粒的尺寸随着水灰比降低而减小。,水泥品种如何影响？,水泥品种通过下列几方面影响混凝土的强度：水泥的强度等级 混凝土强度与水泥强度成正比；水泥细度 水泥比表面积越大，水化速度越快，混凝土早期强度增长快；水泥矿物组成 由于90天龄期以后，水泥的水化度基本相同，因此，水泥矿物组成主要影响早期强度；标准稠度需水量 需水量低则有利于降低水灰比和孔隙率，从而提高水泥石和混凝土的强度。,骨料如何影响？,最大粒径经济上，应尽可能低选用大粒径的粗骨料；大粒径的粗骨料可以降低混凝土的用水量；粗骨料的粒径越大，过渡区就将越薄弱，并将含有更多的微裂缝，降低强度。骨
7、料矿物组成石灰石骨料可以产生较高的强度，因为在界面过渡区形成CaCO3.Ca(OH)2.xH2O；界面过渡区化学增强。骨料的表面特征粗糙表面有利于增加过渡区的粘结强度；针片状骨料容易引起应力集中，降低混凝土破坏的极限应力，因而降低强度。,骨料最大粒径对混凝土抗压强度的影响,粗骨料品种对混凝土抗压强度的影响,扫描电镜照片显示：用石灰石做骨料的混凝土中，界面过渡区没有微裂缝和连通的孔隙,混凝土强度与水灰比、水泥强度等级和骨料种类的关系,鲍罗米公式：fcu=a fce(C/W b)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
8、卵石：a0.48;b 0.33;对于碎石：a0.46;b 0.07。,混凝土抗压强度设计公式,拌合水如何影响,饮用水是最适合于拌和混凝土；含油水、酸性水和海水不得用于拌和混凝土；如果饮用水缺乏，用其它水拌和混凝土前，必须与蒸馏水进行对比试验，如果强度降低不大于10，那么这种水能用于拌和混凝土。含有影响水泥水化的化学物质的废水不得用于拌和混凝土。,由于混凝土技术的发展，在20多年里：水灰比（水胶比）从 0.5 降低0.150.30；混凝土抗压强度从30MPa 提高到200800MPa！,2)浇灌与养护条件的影响,新拌混凝土的和易性,养 护 Curing,混凝土硬化过程中，人为地变化混凝土体周围环
9、境的温度与湿度条件，使其微结构和性能达到所需要的结果，称为对混凝土的养护温度湿度分析思路：水泥矿物的水化反应与温度、湿度的关系？混凝土致密、均匀的微结构形成与温度、湿度的关系？,强度与湿养护,混凝土连续湿养护有利于混凝土强度的发展。湿养护的措施：喷洒水浴用砂、木屑或薄膜覆盖,浇灌与养护温度的影响,三种情形:I.浇灌和养护温度相同.温度越高，强度增长越快，为什么？II.不同温度下浇灌，常温下养护 养护温度相同时，浇灌温度越高，混凝土后期强度(180天)越低。III.常温下浇灌，不同温度下养护 养护温度越低，强度越低。,混凝土连续在21C下养护28天的试样强度的百分率(%),混凝土在指定的温度下浇
10、灌密封放置2小时后，再在21C下养护到测试龄期,说明：混凝土在21C下浇灌并放置6小时后，再在指定温度下养护至测试龄期,养护温度越低，强度越低；养护温度比浇灌温度更重要!冬天施工的混凝土必须采取措施保暖一段时间。微观研究表明：较低温度的养护可以使得水泥石的结构致密、均匀。为什么？,龄期的影响,混凝土强度在最初37d增长较快，然后逐渐缓慢下来。其随养护龄期的增长大致符合对数函数关系：fn/f28=lg n/lg 28 式中：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；,养护龄期对混凝土强度的影响,3)试件与试验参数对强度测试值的影响,A.试件形状；B.试件尺寸；C.表面处
11、理；D.加载时间（加荷速度）；E.试验机的刚度等。,上述因素影响强度试验值，而不是实际混凝土强度！,试件尺寸的影响,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；,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,试验参数,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%加荷条件：恒定加荷速度加荷速度越快，测试值越高，反之亦然。,4、混凝土抗压强度与抗拉强度的关系,混凝土的抗压强度与抗拉强度没有直接关系！抗拉强度与抗压强度之比(拉压比)取决于混凝土抗压强度等级，强度等级越高，拉压比越小。低等级混凝土的拉压比为0.100.
12、11；中等级混凝土的拉压比为0.080.09；高等级混凝土的拉压比为0.07影响混凝土强度的因素同样影响拉压比为什么？,5、与钢筋的粘结强度,一般采用预埋钢筋的拔出试验法测定。为了增大与钢筋的粘结强度，采用压痕钢筋。改善混凝土与钢筋的界面状况。,如何使得混凝土具有所需的强度,三条技术途径：原材料的选择配合比设计浇灌和养护,水泥品种与强度等级 骨料品种、粒径、级配 外加剂,水灰比 砂率 用水量或胶凝材料用量,温度 湿度 时间,(2)抗拉强度试验,直接轴心抗拉试验很困难荷载作用线难以与试件轴线保持重合，发生偏心；难以保证试件在受拉区断裂。劈裂抗拉试验试件：边长为150mm的立方体试件或圆柱体试件原
13、理：在试件的相对的表面素线上作用均匀分布的压应力，从而在竖向平面内产生均匀拉伸应力四点弯拉试验试件：150150600(或550)mm3的梁式试件按三分点加荷进行弯曲试验，在试件下方产生拉伸应力,混凝土受拉伸,直拉试验,劈裂抗拉,四点弯曲拉伸,劈裂抗拉试验 Splitting Test,fs,劈拉强度计算：fts=2P/a2=0.637(P/a2)a：立方体试件的边长;,150 mm 150 mm 150mm的立方体试件,弯拉试验 Flexural Test/Modules of Rupture,用尺寸为150 mm 150 mm 550mm的梁式试件，标准条件下养护28天，采用三分点加荷方式试验，直至试件断裂。根据材料力学理论合线弹性应力应变分析，试件断裂的最大拉伸应力为：fb=PL/bd2(bd=试件的截面积)称为断裂模量 modulus of rupture,
