混凝土3

4.3 properties of hardened concrete(硬化后混凝土的性能 )
混凝土强度包括抗压强度 (compressive strength),抗拉强度(tensile strength),抗弯强度(flexual strength),抗剪强 度(shear strength)以及握裹钢筋的强度等; 其中抗压强度最大,故工程上混凝土主要承 受压力.而且混凝土的抗压强度与其它强度 间有一定的相关性,可以根据抗压强度的大 小来估算其它强度值,因此混凝土抗压强度 是最重要的一项性能指标.
一般水泥厂为了保证水泥的出厂强度等级，其实际抗压 强度往往比其强度等级高。当无水泥28d抗压强度实测值时， 用水泥强度等级（fce,g）代入式中，并乘以水泥强度等级富 余系数（γc），即fce = γc·ce,g，γc值应按统计资料确定。 f 回归系数 应根据工程所使用的水泥、骨料，通过试验 由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定；当不具备上述试 验统计资料时，其回归系数可按下表选用: 回归系数选用表
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
B. Curing condition(养护条件) 混凝土的养护条件主要指所处的环境温度和湿度，它 们是通过影响水泥水化过程而影响混凝土强度。混凝土一 般的养护方式有四种。 养护环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土早期强 度高；反之亦然。若温度在冰点以下，不但水泥水化停止， 而且有可能因冰冻导致混凝土结构疏松，强度严重降低， 尤其是早期混凝土应特别加强防冻措施。为加快水泥的水 化速度，可采用湿热养护的方法，即蒸汽养护或蒸压养护。 湿度通常指的是空气相对湿度。相对湿度低，混凝土 中的水份挥发快，混凝土因缺水而停止水化，强度发展受 阻。另一方面，混凝土在强度较低时失水过快，极易引起 干缩，影响混凝土耐久性。一般在混凝土浇筑完毕后12h 内应开始对混凝土加以覆盖或浇水。对硅酸盐水泥、普通 水泥和矿渣水泥配制的混凝土浇水养护不得少于7天；使 用粉煤灰水泥和火山灰水泥，或掺有缓凝剂、膨胀剂、或 有防水抗渗要求的混凝土浇水养护不得少于14天。
94.5 3.00 99.87
工程中P(％)值可根据统计周期内，混凝土试件强度不低于要求强度等 级标准值的组数N0与试件总数N(N≥25)之比求得，即：
混凝土强度等级选用范围 : 不同的建筑工程，不同的部位常采用不同强度等级的 混凝土，在我国混凝土工程目前水平情况下，一般选用范 围如下： ①C10～C15——用于垫层、基础、地坪及受力不大 的结构。 ②C20～C25——用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普 通钢筋混凝土结构； ③C25～C30——用于大跨度结构、要求耐久性高的 结构、预制构件等； ④C40～C45——用于预应力钢筋混凝土构件、吊车 梁及特种结构等，用于25～30层； ⑤C50～C60——用于30层至60层以上高层建筑； ⑥C60～C80——用于高层建筑，采用高性能混凝土； ⑦C80～C120——采用超高强混凝土于高层建筑。 将来可能推广使用高达C130以上的混凝土。 (环箍效应)
pressive strength of concrete cube(立方体抗压强度 ) 国家标准GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验 方法标准》规定，将混凝土拌合物制作边长为150mm的立 方体试件，在标准条件（温度20℃±2℃，相对湿度95％以 上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方 体试件抗压强度（简称立方体抗压强度），以fcu表示。 2.Strength grade for concrete(混凝土强度等级 ) 按照国家标准GB 50010－2002《混凝土结构设计规 范》，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立 方体抗压强度标准值系指按标准方法制作和养护的边长为 150mm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。普通混凝土划分 为十四个强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、 C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。混凝土 强度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重 要依据。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同强度等级的 混凝土，一般有一定的选用范围。
C. Category ,quality, quantity of aggregate(骨料的种类、质量和数量) 水泥石与骨料的粘结力除了受水泥石强度的影响外，还与骨料 （尤其是粗骨料）的表面状况有关。碎石表面粗糙，粘结力比较大， 卵石表面光滑，粘结力比较小。因而在水泥强度等级和水灰比相同的 条件下，碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝土。 当粗骨料级配良好，用量及砂率适当，能组成密集的骨架使水泥 浆数量相对减小，骨料的骨架作用充分，也会使混凝土强度有所提高。 大量实验表明，混凝土强度与水灰比、水泥强度等级等因素之间 保持近似恒定的关系。一般采用下面直线型的经验公式来表示：
混凝土劈裂抗拉试验示意图 1-上压板2-下压板3-垫层4-垫条 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； P—— 破坏荷载，N； A—— 试件劈裂面面积，mm2。 混凝土轴心抗拉强度ft可按劈裂抗拉强度fts换算得到，换算系数可由试验确定。

不同t值的保证率P
1.00 1.20 1.28 1.40 1.60
t P/％ t P/％
0.00
0.50
0.84
50.0 1.645 95.0
69.2 1.70 95.5
80.0 1.81 96.5
84.1 1.88 97.0
88.5 2.00 97.7
90.0 2.05 99.0Leabharlann 91.9 2.33 99.4
影响混凝土强度的因素很多。可从原材料因素、生产工艺 因素及实验因素三方面讨论。 (1)Raw materials(原材料因素) A. Strength of cement(水泥强度) 水泥强度的大小直接影响混凝土强度的高低。在配合比相 同的条件下，所用的水泥强度等级越高，制成的混凝土强度也 越高。试验证明，混凝土的强度与水泥的强度成正比关系。 B. Water/cement ratio(水灰比) 当用同一种水泥（品种及强度相同）时，混凝土的强度主 要决定于水灰比。因为水泥水化时所需的结合水，一般只占水 泥质量的23％左右，但在拌制混凝土拌合物时，为了获得必 要的流动性，实验加水量约为水泥质量的40％～70％，即采 用较大的水灰比。当混凝土硬化后，多余的水分或残留在混凝 土中形成水泡，或蒸发后形成气孔，使得混凝土内部形成各种 不同尺寸的孔隙，这些孔隙削弱了混凝土抵抗外力的能力。因 此，满足和易性要求的混凝土，在水泥强度等级相同的情况下， 水灰比越小，水泥石的强度越高，与骨料粘结力也越大，混凝 土的强度就越高。如果加水太少（水灰比太小），拌合物过于 干硬，在一定的捣实成型条件下，无法保证浇灌质量，混凝土 中将出现较多的蜂窝、孔洞，强度也将下降。 试验证明，混凝土强度，随水灰比的增大而降低，呈曲线 关系；而混凝土强度和灰水比呈直线关系。
式中C/W——灰水比（水泥与水质量比）； fcu——混凝土28d抗压强度，MPa； fce——水泥的28d抗压强度实测值，MPa. αa、αb——回归系数，与骨料的品种、水泥品种等因素有关。 上面的经验公式,一般只适用于流动性混凝土和低流动性混凝土,对于干 硬的混凝土则不适用.利用经验公式,可进行下面两个问题的估算: Ⅰ.根据所用水泥强度和水灰比来估算所配制混凝土的强度; Ⅱ.根据水泥强度和要求的混凝土强度等级来计算应采用的水灰比.
4.Axial tensile strength(劈裂抗拉强度 )
混凝土是一种脆性材料，在受拉时很小的变形就要开裂，它在断裂前没有 残余变形。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，比值降低。混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。但抗拉强 度对于抗开裂性有重要意义，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂能力 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等。 混凝土抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定，称为劈裂抗拉强度fts。 该方法的原理是在试件的两个相对表面的中线上，作用着均匀分布的压力， 这样就能够在外力作用的竖向平面内产生均布拉伸应力（下图所示）
混凝土强度保证率 : 保证率。它是指在混凝土强度总体中， 不小于设计要求的强度等级标准值（fcu,k） 的概率P(％)。如下图所示，强度正态分布 曲线下的面积为概率的总和，等于100％。
混凝土强度保证率
所以，强度保证率可按如下方法计算： 首先，计算出概率度t，即
再根据t值，由下表查得保证率P(％)。
5.The mainly influencing factor on concrete strength(影响混凝 土强度的因素) 混凝土的强度是指混凝土试件达到破坏极限的应力最 大值。混凝土所受应力超过其强度时，混凝土将产生裂缝而 破坏。混凝土的破坏过程可分为四个阶段。 通过显微镜观察，混凝土内部裂缝的发展可分为四个 阶段。 ①第Ⅰ阶段：荷载约为极限荷载的30％以内，界面裂缝 无显著变化，荷载与变形呈直线关系。 ②第Ⅱ阶段：荷载超过比例极限，界面裂缝的数量、宽 度、长度不断增加，界面借摩擦阻力继续承担荷载，但尚无 明显砂浆裂缝出现。此时变形的增长率大于荷载的增长率， 荷载与变形间不再是线性关系。 ③第Ⅲ阶段：荷载超过临界荷载（极限荷载的70％～80 ％）后裂缝继续开展，开始出现砂浆裂缝，部分界面裂缝连 接成为连续裂缝，变形增长率进一步加大，曲线明显弯向变 形横坐标轴。 ④第Ⅳ阶段：达到极限荷载C点以后，连续裂缝急速地 发展，混凝土的承载能力下降，变形自动增大直至完全破坏， 曲线斜率变成负值。
系数 αa αb
碎石 0.46 0.07
卵石 0.48 0.33
对于C60以上等级的混凝土，灰水比（胶水比）与抗压强度之间的线 性关系不够明显，不宜简单套用混凝土强度计算公式 .
[例]已知某混凝土所用水泥强度为36.4MPa，水灰 比0.45，碎石。试估算该混凝土28天强度值。 [解]因为：W/C=0.45 所以C/W=1/0.45=2.22 碎石：αa =0.46，αb =0.07 代入混凝土强度公式有： fcu=0.46×36.4(2.220.07)=36.0(MPa) 答：估计该混凝土28天强度值为36.0MPa。 D. Admixture and additive(外加剂和掺合料) 混凝土中加入外加剂可按要求改变混凝土的强 度及强度发展规律，如掺入减水剂可减少拌合用水 量，提高混凝土强度；如掺入早强剂可提高混凝土 早期强度，但对其后期强度发展无明显影响。超细 的掺合料可配制高性能、超高强度的混凝土。