项目四 任务四 硬化后混凝土的强度（ 课件）- 《建筑材料》同步教学（西安科大版）

项目四任务四 硬化后混凝土的强度 1 　　 　　普通混凝土一般均用作结构材料，故其强度是最主要的技术性质。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。混凝土的抗压强度是一项最重要的性能指标，它是结构设计的主要参数，也常用作评定混凝土质量的指标。 任务四 硬化后混凝土的强度 1 4.4.1 混凝土的强度 　　在土木工程结构和施工验收中，常用的强度有立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗拉强度和抗折强度等几种。 　　1. 混凝土立方体抗压强度(fcu) 　　根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)规定，混凝土立方体抗压强度是指按标准方法制作的、标准尺寸为150 mm × 150 mm × 150 mm的立方体试件，在标准养护条件下((20±2)℃)、相对湿度为95%以上的标准养护室，将其养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗压强度值，以fcu表示，单位为MPa。 1 　　为了使混凝土抗压强度测试结果具有可比性，《混凝土强度检验评定标准》GB/T 50107—2010规定，混凝土强度等级小于C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，来换算成标准试件强度值。200mm×200 mm×200 mm试件的换算系数为1.05，100 mm×100 mm×100 mm 试件的换算系数为0.95。 当混凝土强度等级大于或等于C60时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定。 1 　　需要说明的是，混凝土各种强度的测定值，均与试件尺寸、试件表面状况、试验加荷速度、环境(或试件)的湿度和温度等因素有关。在进行混凝土各种强度测定时，应按GB/T 50081—2002等标准规定的条件和方法进行检测，以保证检测结果的可比性。 1 　　2. 混凝土强度等级 　　按《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107—2010)的规定，普通混凝土的强度等级按其立方体抗压强度标准值划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80 共14个等级。其中，“C”代表混凝土，是Concrete 的第一个英文字母，C 后面的数字为立方体抗压强度标准值(MPa)。混凝土强度等级是混凝土结构设计时强度计算取值、混凝土施工质量控制和工程验收的依据。 1 　　混凝土立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作养护的边长为150 mm的立方体试件，在28d 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，单位为MPa。 1 　　3. 混凝土轴心抗压强度(fcp) 　　确定混凝土强度等级采用的是立方体试件，但在实际结构中，钢筋混凝土受压构件多为棱柱体或圆柱体。为了使测得的混凝土强度与实际情况接近，在进行钢筋混凝土受压构件(如柱子、桁架的腹杆等)计算时，都采用混凝土的轴心抗压强度。 　　GB/T 50081—2002规定，混凝土轴心抗压强度是指按标准方法制作的、标准尺寸为150 mm × 150 mm × 300 mm的棱柱体试件，在标准养护条件下养护到28d 龄期，以标准试验方法测得的抗压强度值。 1 　　非标准试件的尺寸为100 mm × 100 mm × 300 mm 和200 mm × 200 mm × 400 mm；当施工涉外工程或必须用圆柱体试件来确定混凝土力学性能等特殊情况时，也可用φ150 mm × 300 mm的圆柱体标准试件或φ100 mm × 200 mm和φ200 mm × 400 mm的圆柱体非标准试件。 　　轴心抗压强度比同截面面积的立方体抗压强度要小，当标准立方体抗压强度在10 MPa～50 MPa范围内时，两者之间的比值近似为0.7～0.8。 1 　　4. 混凝土抗拉强度fts 　　混凝土在直接受拉时，即使很小的变形都会开裂，它在断裂前没有残余变形，是一种脆性破坏。 　　混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/20，且随着混凝土强度等级的提高，比值有所降低；也就是说，当混凝土强度等级提高时，抗拉强度的增加不及抗压强度提高得快。 　　混凝土是脆性材料，抗拉强度很低，拉压比为0.1～0.2，拉压比随着混凝土强度等级的提高而降低。 1 因此，在钢筋混凝土结构设计中，不考虑混凝土所承受的拉力(只考虑钢筋承受的拉应力)，但抗拉强度对混凝土抗裂性具有重要作用，是结构设计时确定混凝土抗裂度的重要指标，有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度。 　　混凝土的劈裂抗拉强度按下式计算： 　　 (4-3) 　　式中，fts为混凝土劈裂抗拉强度(MPa)，P为破坏荷载(N)，A为试件劈裂面积(mm2)。 1 　　混凝土劈裂抗拉强度较轴心抗拉强度低，试验证明二者的比值为0.9左右。 1 4.4.2 影响混凝土强度的因素 　　1. 水泥强度等级和水灰比的影响 　　水泥强度等级和水灰比是影响混凝土抗压强度的最主要因素，也可以说是决定因素。因为混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料间的粘结力，而水泥石的强度及其与骨料间的粘结力，又取决于水泥的强度等级和水灰比的大小。由于拌制混凝土拌和物时，为了获得必要的流动性，常需要加入较多的水，多余的水所占空间在混凝土硬化后成为毛细孔，使混凝土密实度降低，强度下降。 1 　　试验证明，在水泥强度等级相同的条件下，水灰比越小，水泥石的强度越高，胶结力越强，混凝土强度也越高(如图4-10所示)。 1 　　 　　 图4-10 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 1 　　大量实验结果表明，在原材料一定的情况下，混凝土28d龄期的抗压强度(fcu)与水泥实际强度(fce)及水灰比(W/C)之间的关系符合下列经验公式： 　　 (4-4) 　　式中，A、B均为回归系数。采用碎石时，A = 0.46，B = 0.07；采用卵石时，A = 0.48，B = 0.33。 1 　　在混凝土施工过程中，经常会发现往混凝土拌和物中随意加水的现象，这样做使混凝土水灰比增大，导致混凝土强度的严重下降，是必须禁止的。在混凝土施工过程中，节约水和节约水泥同等重要。 1 　　2. 骨料的影响 　　骨料本身的强度一般大于水泥石的强度，对混凝土的强度影响很小。但骨料中有害杂质含量较多、级配不良则均不利于混凝土强度的提高。骨料表面粗糙，则与水泥石粘结力较大。当达到相同流动性时，需水量大，随着水灰比变大，强度降低。试验证明，水灰比小于 0.4 时，用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土强度约高30%～40%，但随着水灰比增大，两者的差异就不明显了。另外，在相同水灰比和坍落度下，混凝土强度随骨灰比(骨料与胶凝材料质量之比)的增大而提高。 1 　　3. 养护温度与湿度的影响 　　温度与湿度对混凝土强度的影响，本质上是对水泥水化的影响。养护温度高，水泥早期水化越快，混凝土的早期强度越高(见图4-11)。但如果混凝土早期养护温度过高(40℃以上)，则会因水泥水化产物来不及扩散而使混凝土后期强度反而降低。当温度在0℃以下时，水泥水化反应停止，混凝土强度停止发展。这时还会因为混凝土中的水结冰产生体积膨胀，对混凝土产生相当大的膨胀压力，使混凝土结构破坏，强度降低。 1 　　湿度是决定水泥能否正常进行水化作用的必要条件。浇筑后的混凝土所处环境湿度相宜，水泥水化反应顺利进行，混凝土强度得以充分发展。若环境湿度较低，水泥不能正常进行水化作用，甚至停止水化，混凝土强度将严重降低或停止发展。图4-12是混凝土强度与保湿养护时间的关系。 1 　　 　　 图4-11 养护温度对混凝土强度的影响 1 图4-12 混凝土强度与保湿养护时间的关系 1 　　为了保证混凝土强度正常发展和防止失水过快引起的收缩裂缝，混凝土浇筑完毕后，应及时覆盖和浇水养护。气候炎热和空气干燥时，不及时进行养护，混凝土中的水分会蒸发过快，出现脱水现象，此时混凝土表面出现片状、粉状剥落和干缩裂纹等劣化现象，混凝土强度明显降低；在冬季则应特别注意保持一定的温度，以保证水泥能正常水化和防止混凝土内因水结冰而引起的膨胀破坏。 1 　　4. 龄期与强度的关系 　　混凝土在正常养护条件下，其强度将随龄期的增长而增长。 　　在标准养护条件下，混凝土强度的发展大致与龄期的对数成正比关系(龄期不小于3d)，可按下式进行推算： 　　 (4-5) 1 　　式中：fn为nd龄期时的混凝土抗压强度，n≥3；f28为28d龄期时的混凝土抗压强度。 　　上式仅适用于正常条件下硬化的中等强度等级的普通混凝土，实际情况要复杂得多。 1 4.4.3 提高混凝土强度的措施 　　可通过采取以下措施来提高混凝土的强度： 　　(1) 选用高强度的水泥。 　　(2) 尽量采用干硬性混凝土或较小的水灰比。 　　(3) 采用级配好、质量高、粒径适宜的集料。 　　(4) 掺加适当的外加剂(早强剂、减水剂)。 　　(5) 加强养护。自然养护时，冬天注意保温，夏天注意保湿。湿热养护可提高混凝土的早期强度。 　　(6) 采用机械搅拌和机械振动成型。 　　(7) 掺加混凝土掺和料，必要时可掺加合成树脂或合成树脂乳液，充分考虑徐变的影响。 1 　　[工程实例分析4-5] 　　混凝土强度低屋面倒塌 　　现象 北方某县东园乡美利小学1988年建砖混结构校舍，11月中旬气温已达零下十几度，因人工搅拌振捣，故把混凝土拌得很稀，木模板缝隙又较大，漏浆严重；至12月9日，施工者准备内粉刷，拆去支柱，在屋面上用手推车推卸白灰炉渣以铺设保温层，大梁突然断裂，屋面塌落，并砸死屋内两名取暖的女学生。 1 　　原因分析 由于混凝土水灰比大，混凝土离析严重。从大梁断裂截面可见，上部只剩下砂和少量水泥，下部全为卵石，且相当多水泥浆已流走。现场用回弹仪检测，混凝土强度仅达到设计强度等级的一半。这是屋面倒塌的技术原因。该工程为私人挂靠施工，包工者从未进行过房屋建筑，无施工经验。在冬期施工没采取任何相应的措施，不具备施工员的素质，且工程未办理任何基建手续。校方负责人自认甲方代表，不具备现场管理资格，由包工者随心所欲施工。这是施工与管理方面的原因。 1 　　[工程实例分析4-6] 　　混凝土质量差梁断倒塌 　　现象 某县一住宅一层为砖混结构，1989年1月15日浇注，3月7日拆模时突然梁断倒塌。施工队队长介绍，混凝土配合比是根据当地经验配制的，水泥、砂、石的体和比为1.5∶3.5∶6，即质量比1∶2.33∶4，水灰比为0.68，使用32.5级普通水泥。现场未粉碎混凝土用回弹仪测试，读数极低(最高仅13.5 MPa，最低为0)。 1 　　原因分析 混凝土质量低劣有几方面的原因：所用水泥质量差；水灰比较大，即使所使用的32.5级普通水泥能保证质量，但按此水灰比配制的混凝土亦难以达到C20的强度等级。 1 感谢聆听 1 $$