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1、1,第9讲 普通混凝土硬化后的性能,硬化后砼的性能包括,砼的强度,砼的变形性能,非荷载作用下的变形荷载作用下的变形,砼的耐久性,2,混凝土强度的种类,混凝土强度,轴心抗拉强度,弯拉强度,抗压强度,握裹强度,轴心抗压强度,立方体抗压强度,钢筋与混凝土的粘结强度,一、混凝土的强度,3,1.立方体抗压强度 以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为202，相对湿度为95以上的潮湿条件下，养护到28d龄期，采用标准试验方法测得的抗压强度值。用fcu表示。当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表（见P118）标准试验方法是指普通混凝土力学性能试验方法（GB/T500812002）。,4,2.混凝土强
2、度等级 根据混凝土立方体抗压强度标准值划分的强度等级。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十四个强度等级。立方体抗压强度标准值（fcu,k），按标准方法制作和养护的边长150mm的立方体试件，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度，以fcu,k 表示。或强度等级表示的含义：,C30,“C”代表“混凝土”,“30”代表fcu,k30.0MPa；,5,如何求得立方体抗压强度标准值的？,例如：一组试件的立方体抗压强度值分别为32.1,37.5,3
3、5.1,38.2,40.2,29.5,43.1,42.3,40.6,30.2,32.5,37.4,38.1,37.4,36.4,33.8,35.8,36.2,37.9,39.2(MPa)，共有20个数据。用比较法可得：其抗压强度标准值是30.2MPa；因为20个数据中，小于30.2MPa的只有一个29.5MPa，百分率为5。,6,fcu,k 是结构设计强度取值的依据，fcu,k 被用于质量控制，fcu,k被用于工程验收，例如.非统计法验收混凝土:平均值 1.15 fcu,k,最小值fcu,min 0.95 fcu,k,说明：,混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k,7,3、轴心抗压强度 为了使测
4、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。轴心抗压强度以fc，k表示，标准试件为150mm150mm300mm 试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件,8,4.轴心抗拉强度结构设计时确定砼抗裂能力的重要指标 用劈裂抗拉强度测定混凝土轴心抗拉强度 我国现行标准规定，采用标准试件立方体，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 计算公式：,9,试验中采用边长为150mm的 立方体标准试件，通过弧形钢垫条施加压力F，试件中间截面有着均匀分布的拉应力，当拉应力达到混
5、凝土的抗拉强度时，试件劈裂成两半。,10,5.混凝土抗折强度或弯拉强度(fcf)道路路面或机场跑道用混凝土，是以弯拉强度为主要设计指标。水泥混凝土的弯拉强度试验是以标准方法制备成 150mm150mm600mm（或550mm）的梁形试件，在标准条件下养护28后，按三分点加荷，测定其弯拉强度（fcf）。计算公式：,11,6、影响混凝土强度的因素,混凝土受压破坏形式,在压力作用下混凝土破坏有三种破坏形式：破坏类型，原因和可能性分析如表,12,（1）水泥强度等级和水灰比最主要因素或决定因素 水泥强度等级 砼的强度与水泥强度等级成正比关系,影响因素,水泥强度等级和水灰比龄期养护的温度和湿度,13,水泥
6、强度等级,配合比相同时，水泥强度等级提高，水泥石本身的强度及与骨料的粘结强度高，混凝土的强度高。,14,强度降低,过大的孔隙率,水泥用量过低,水泥强度等级过高,上述规律的前提条件是混凝土密实成型。,15,水灰比,水泥品种及强度等级均相同的情况下，混凝土的强度取决于W/C。1）W/C在一定范围内(混凝土密实成型)，W/C降低，抗压强度增大。2）当W/C过小(不能密实成型)W/C降低，孔隙率升高，强度降低。,水灰比,w/c 过小,W/C 在一定范围内,W/C,强度,W/C,强度,1）,2）,16,17,公式应用：根据所用水泥强度和水灰比，估算所配砼强度 根据水泥强度和要求的砼强度等级，计算水灰比,
7、式中fcu,混凝土28天抗压强度,a；fce水泥的实际强度,a；灰水比；A,B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提供的经验值为：采用碎石：A=0.46、B=0.07 采用卵石：A=0.48、B=0.33。,18,（2）龄期：龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历 的时间。在正常的养护条件下，混凝土的抗压强度随龄期的增加而不断发展，在714d内强度发展较快，以后逐渐减慢，28d后强度发展更慢。由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。当采用普通水泥拌制的混凝土，在标准条件养护下，混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比关系。式中：fn、f28分
8、别为n、28天龄期的抗压强度，MPa。,n3,19,公式应用：1）由所测混凝土早期强度估算28天强度；2）由28天的强度，推算28天前混凝土达到某一强度需要的养护天数。例如确定混凝土拆模、构件吊装、放松预应力钢筋、混凝土预制品养护出厂等日期。,20,21,养护条件保持水泥水化的温度和湿度 自然养护：一般在砼浇筑完毕后12h后开始加 以覆盖或浇水。养护方法 蒸汽养护 蒸压养护,（3）养护温度和湿度,温度越高，水泥的水化速度越快，混凝土强度越高。湿度越大，水泥水化程度越高。,22,f28(%),23,使用硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥时，在混凝土凝结后，用草袋等覆盖其表面并浇水，浇水时间不少于7d
9、；使用火山灰水泥和粉煤灰水泥时，应不少于14d；对掺有缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，也不应少于14d。在夏季应特别注意浇水，保持必要的湿度。,24,提高混凝土抗压强度的措施（1）采用高强度等级水泥；（2）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝土；（3）采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎石；（4）改进施工工艺，加强搅拌和振捣；（5）保持合理的养护温度和湿度；（6）掺入合适的外加剂和掺合料。,25,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 砼成型后40天内化学收缩增长较快 水泥水化物的固体体积小于水化前反应物（水和水
10、泥）的总体积，混凝土的这种体积收缩是由水泥的水化反应所产生的固有收缩亦称为化学减缩。（2）温度变形 温度变化10C，每米砼膨胀0.01毫米。对大体积砼不利。混凝土的体积同样有热胀冷缩的性质，当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生温度应力。当应力造成变形差较大时，将会造成表层混凝土开裂。为降低危害设置伸缩缝、分仓缝等。,二、混凝土的变形性能,26,（3）干湿变形（干缩湿胀）湿胀变形很小，对混凝土性能基本无影响；干缩变形，工程设计时应考虑其对结构的影响，一般工程设计中，砼干缩值取（1.52）10-4 即每米砼收缩0.150.2毫米,收缩对结构的影响：,自由收缩一般不会引起拉应力，
11、故不会开裂,约束收缩产生收缩应力甚至开裂,27,2、混凝土在荷载作用下的变形（1）在短期荷载下的变形 结构设计时，砼弹性模量的测定方法静力受压弹性模量E。砼强度越高，E越高。（2）徐变砼在长期恒定荷载作用下随时间的增加而产生的变形。变形原因：主要是胶凝体的粘性流动和滑移。在荷载长期作用下，混凝土凝胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐粘性流动，微细空隙逐渐闭合，细晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果。徐变对砼结构的作用：对普通砼结构，能消除砼内部温度应力 和收缩应力；对预应力砼，能使预应力损失增加。,28,影响徐变的因素：（1）水灰比一定时，水泥用量越大，徐变越大；（2）水灰比越小
12、，徐变越小；（3）龄期长、结构致密、强度高，则徐变小；（4）集料用量多，徐变小；（5）混凝土在长期荷载作用下的应力越大，徐变越大。,加荷,卸荷,弹性恢复,徐变恢复,残余应变,29,1.混凝土的抗渗性 指混凝土抵抗压力水（或油）渗透的能力。抗渗等级：采用标准养护28天的标准试件，按规定的方法进行试验，以其所能承受的最大水压力。如P2、P4、P6等。2.混凝土的抗冻性 指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环 作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。抗冻等级：是以龄期28天的试块的吸水饱和后承受（-15-20）0C到（15-20)0C反复冻融循环次数确定。如F10、F15、F25、-F250和
13、F300,三、混凝土的耐久性,30,3.抗侵蚀性 指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学 侵蚀、物理作用不破坏的能力。4.混凝土的碳化 指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作 用，生成碳酸钙和水。碳化的不利影响：1）碱度降低，砼内钢筋易锈蚀 2）砼的抗拉、抗折强度下降 但碳化可提高混凝土的抗压强度。,31,5.碱集料反应,碱硅酸反应,碱碳酸盐反应,混凝土中含有活性氧化硅的集料与所用水泥或其他材料中的碱（Na2O 和K2O）发生化学反应，形成复杂的碱硅酸凝胶，此凝胶吸水膨胀，可导致混凝土胀裂,指混凝土中含有的碳酸盐岩石（含有粘土的白云石质石灰石）与水泥或其他材料中的碱（Na2O 和K2O）发
14、生反应，导致混凝土胀裂。,措施：可采用低碱水泥或适量添加些能抑制碱集料反应的化学外加剂及矿物掺合料等措施,32,混凝土的选用原则：,1）建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应该低于C15；2）当采用HRB335级钢筋以及承受重复荷载的构件混凝土强度等级不应该低于C20；,3）当采用HRB335和HRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件混凝土强度等级不得该低于C40；,4）预应力钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应该低于C30；,5）当采用钢绞丝、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜该低于C40；,33,其他种类混凝土 1.高性能混凝土 美国学者在1990年首先提出 对高性能的共识：砼达到高性能重要的技术手段：使用新型外加剂和超细矿物掺合料，较低水灰比。,34,2.高强度混凝土 原材料的要求：配合比设计：3.抗渗混凝土系指有较高抗渗能力的混凝土，通常其抗渗等级等于或大于级，又称抗渗混凝土。,35,4.纤维混凝土以普通混凝土为基材，外掺各种纤维材料而组成的复合材料，称为纤维混凝土。5.聚合物混凝土由聚合物、无机胶凝材料和骨料配制而成,36,本讲小结：1、混凝土的强度2、混凝土的变形性能3、混凝土的耐久性,
