第4章混凝土Part2

2.2.2影响混凝土强度的因素 2.2.2影响混凝土强度的因素 影响混凝土强度的主要因素有： 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， 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， 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。 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， 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， 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， ２３％ 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， 混合物时，为了获得必要的流动性，常需用较多的 约占水泥重量的４０ ７０％）。 ４０～ ％）。混凝土硬化 水（约占水泥重量的４０～７０％）。混凝土硬化 多余的水分蒸发或残存在混凝土中， 后，多余的水分蒸发或残存在混凝土中，形成毛细 气孔或水泡，它们减少了混凝土的有效断面， 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， 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。 使混凝土强度下降。
(3)劈裂抗拉强度（ (3)劈裂抗拉强度（fts） 劈裂抗拉强度 我国现行标准规定，采用标准试件１５ 我国现行标准规定，采用标准试件１５ ｍｍ立方体 立方体， ０ｍｍ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 装置测得的强度为劈裂抗拉强度， 劈拉强度f 劈拉强度fts 混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算： 混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算：
（2）养护的温度和湿度 混凝土强度的增长，是水泥的水化、 混凝土强度的增长，是水泥的水化、凝结和 硬化的过程， 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， 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， 其结果也不相同。温度高，水泥凝结硬化速度 早期强度高， 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， 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。 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 以下时， 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。 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， 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， 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。 以保证混凝土不断地凝结硬化。
fn = lg 28
fn——nd龄期混凝土的抗压程度, MPa； ——nd龄期混凝土的抗压程度 MPa； 龄期混凝土的抗压程度, 28ｄ龄期混凝土的抗压强度, MPa； ｆ28—— 28ｄ龄期混凝土的抗压强度, MPa； lgｎ、lg 28——ｎ（ｎ不小于3）和28的常用对数。 lgｎ、 28——ｎ（ｎ不小于3 ｎ、lg ｎ（ｎ不小于 28的常用对数 的常用对数。 式中
配制混凝土时，制作１０cm×10cm×10cm １０cm 例 4-1．配制混凝土时 ，制作１０cm×10cm×10cm 立方体试件 140kN、 ３ 块， 在标准条件下养护 7d 后， 测得破坏荷载分别为 140kN、 135kN、 的标准立方体抗压强度。 135kN 、 140kN 试估算该混凝土 28d 的标准立方体抗压强度。 解 龄期时： 7 ｄ 龄期时 ： １０ｃｍ混凝土立方体的平均强度为： ｃｍ混凝土立方体的平均强度为 １０ ｃｍ 混凝土立方体的平均强度为 ： 140 + 135 + 140 f = = 13.8MPa 100 × 100 × 3 换算为标准立方体抗压强度： 换算为标准立方体抗压强度 ：
土木工程材料
第四章 混凝土 CONCRETE
Part 2
张德思教授 主讲
2.2 混凝土的强度 2.2.1混凝土的强度与强度等级 2.2.1混凝土的强度与强度等级 （１）抗压强度标准和强度等级值 立方体抗压强度（ ①立方体抗压强度（fcu） 按照标准的制作方法制成边长为150 150ｍｍ 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（ 的正立方体试件，在标准养护条件（温 ２０士 Ｃ，相对湿度95％以上） 相对湿度95 度２０士2°Ｃ，相对湿度95％以上）下， 养护至28 龄期， 28ｄ 养护至28ｄ龄期，按照标准的测定方法 测定其抗压强度值， 测定其抗压强度值，称为混凝土立方体 抗压强度” 表示, 抗压强度”（以fcu表示, 以Ｎ／ｍｍ2即 ＭＰa ＭＰa）
(3) 龄期 在正常养护条件下， 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， 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 度也随之增长。最初７～１４ｄ内，强度增长较 ２８ｄ以后增长较慢。但只要温湿度适宜， 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。 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， 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（ 强度的发展，大致与其龄期的对数成正比（龄期 不小于三天） 不小于三天） f 28 lg n
f cu， = α a f ce C / α b） （ 0
式中f 混凝土28天抗压强度, 式中fcu,0——混凝土28天抗压强度, ＭＰa； 混凝土28天抗压强度 ＭＰa 水泥的实际强度, fce——水泥的实际强度,ＭＰa； 水泥的实际强度 ＭＰa Ｃ／Ｗ——灰水比； 灰水比； Ｃ／Ｗ 灰水比 每立方米混凝土中水泥用量, Ｃ——每立方米混凝土中水泥用量, kg; 每立方米混凝土中水泥用量 每立方米混凝土中用水量, ｗ——每立方米混凝土中用水量, kg。 每立方米混凝土中用水量 kg。 为回归系数，与骨料品种、 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。 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α 2000） 合比设计规程》（JGJ55 2000）提供的αa 、αb 经验值为： 经验值为： 采用碎石： 采用碎石：αa=0.46 αb＝0.07 采用卵石： 采用卵石：αa=0.48 αb =0.33
图4－3 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 强度与水灰比的关系； （ａ）强度与水灰比的关系； （ｂ）强度与灰水比的关系 （ｂ）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， 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， 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。 硅质集料与钙质集料也有分别。在其他 条件相同的情况下， 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。 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： 根据大量试验建立的混凝土强度公式：
②立方体试件抗压强度标准值（fcu，k） 立方体试件抗压强度标准值（ cu， 立方体抗压强度（ 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， 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。 及数理统计和保证率的概念。而立方体抗 压强度标准值（ 压强度标准值（fcu,,k）是按数理统计方 法确定，具有不低于９５ ９５％ 法确定，具有不低于９５％保证率的立方 体抗压强度。 体抗压强度。
2F F f ts = = 0.637 πA A
式中f 混凝土劈裂抗拉强度， 式中fts——混凝土劈裂抗拉强度，MPa； 混凝土劈裂抗拉强度 MPa； 破坏荷载，Ｎ； F——破坏荷载，Ｎ； 破坏荷载 试件劈裂面面积， Ａ——试件劈裂面面积，mm2。 试件劈裂面面积
混凝土抗弯强度( (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（ 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。 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 的梁形试件， 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 ２８ｄ 按三分点加荷， ），按下式计算 按下式计算： （fcf ），按下式计算：
(2)轴心抗压强度（ (2)轴心抗压强度（fcp） 轴心抗压强度 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， 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、 计算轴心受压构件（例如柱子、衍架的腹 杆等） 杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强 度作为依据。 度作为依据。 我国现行标准（ＧＢ/T50081——2002） （ＧＢ/T50081 2002） 我国现行标准（ＧＢ/T50081 2002 规定， １５０× 规定，测定轴心抗压强度采用 １５０× １５０× ３００ｍｍ ｍｍ棱柱体作为标准试 １５０× ３００ｍｍ棱柱体作为标准试 试验证明， 件。试验证明，棱柱体强度与立方体强度 的比值为0.7 0.8。 0.7～ 的比值为0.7～0.8。
F fcc = A 测定混凝土立方体试件抗压强度， 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， 件尺寸。但在计算其抗压强度时，应乘以 换算系数， 换算系数，以得到相当于标准试件的试验 结果。 结果。 （对于边长为 100ｍｍ的立方体试件，换 100ｍｍ的立方体试件， ｍｍ的立方体试件 算系数为0.95 边长为200ｍｍ的立方体 0.95； 200ｍｍ 算系数为0.95；边长为200ｍｍ的立方体 试件，换算系数为1.05 1.05）。 试件，换算系数为1.05）。
FL f cf = 2 bh
式中