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1、3.3 混凝土的 强度与破坏 Strength and Failure of Concrete 问 题： 强度高的混凝土有哪些优点？有哪些 用途？ 什么样的结构（什么时候）要求混凝 土强度迅速增长？强度发展过快可能 会产生什么弊病 龄期 强度 t 强度发展快 强度发展慢 1） 作为一种结构工程材料，承 载力备受关注，因此混凝土的强 度通常总是首先要评价的性质。 2）易于评价。 3）与其它性能有密切关系。 在混凝土的所有性能中，为什么总是首先 关心其强度？ 3.3.1 强度 孔隙率关系 对于匀质材料： f = f0 e -kp f0 3.3.2 混凝土的破坏模式 Failure modes in
2、 concrete Griffith理论可大致描述混凝土这种准脆性材料的破 坏过程。 混凝土内部存在形状、尺寸不同的孔隙、微裂纹；浆 体与骨料间存在薄弱的过渡区。混凝土的破坏过程是 很复杂的。 随着荷载的增长，混凝土体中裂缝逐步地扩展，最后 相互连通起来导致破坏。 第一阶段：荷载小于混凝土 极限荷载的30，应力-应 变成线性（称“比例极限” ）； 第二阶段：过渡区的裂缝开 始扩展，变形增大的速率与 应力的增长（50%以内）不 再成直线关系； 第三阶段：荷载达到50% 75时，裂缝由过渡区向硬 化水泥浆体延伸，应力-应 变曲线趋向水平 ； 第四阶段：裂缝扩展释放的 能量超过需要的能量，在临 界应
3、力持续作用下，裂缝自 发扩展，速率加快，逐渐连 通，使系统趋于不稳定而破 坏。 轴向应变（ mm) 应力 MPa 普通混凝土 高强混凝土 0.006 120 高强混凝土上升区的线 性段增加，下降区更加 陡峭。 裂缝扩展的 路径和方向 骨料 水泥石 骨料 周围 的过 渡区 普通混凝土，断裂沿骨料表面发生，过渡区是 最薄弱区域。 高强混凝土，过渡区得到加强，断裂有可能穿 过骨料发生。 普通混凝土 高强混凝土 3.3.3 抗压强度及其影响因素 compressive strength and factors affecting it 1. 材料的特性与配比 Characteristics and P
4、roportions of Materials 1）水灰比（Water/Cement ratio ） fc K1 / K2w/c K1、k2 是常数，取决混凝土的龄期、组成材料 及测定方法等因素。 Abrams定则 龄期与水灰比对混凝土强度的影响 W/C在一定范围 内Abrams定则成 立 水泥品种 混凝土的抗压强度 2）水泥品种和等级( Cement type and grade) 1 day 7day 28day 90day ASTM ( % of type cement concrete) 普通 100 100 100 100 中等水化热 75 85 90 100 早强 190 120
5、110 100 低水化热 55 65 75 100 抗硫酸盐 65 75 85 100 水泥强度对混凝土强度有影响，但不是决定性的。 fcu.k = Afce ( C/W B ) fcu.k混凝土配制强度 fce 水泥标号 C/W灰水比 A，B经验常数 水泥的强度等级与混凝土强度的关系： 对碎石混凝土：A0.46，B0.07 对卵石混凝土： A0.48，B0.33 3）骨料 1）颗粒强度 ；骨料强度 1.5倍混凝土强度 ，对普通混凝土的强度影响 不大。 2）最大粒径； 3）粒形、级配（颗粒分布）； 4）骨料表面构造（粗糙度 ）。 骨料最大粒径 ( Dmax ) 混凝土类型 Dmax（mm )
6、大坝混凝土 150 普通混凝土 40 高强混凝土 25（碎石） 15（卵石） 活性粉末混凝土 0.6 4）拌和水 5）化学外加剂： 减水剂 速凝剂 引气剂 6）矿物掺和料（辅助胶凝材料） 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 低到0.150.30； 素混凝土28天抗压强度从 30MPa 提高到 100MPa！ 2. 浇注 ( Placing) 新拌混凝土 的工作度 捣实程度 硬化混凝土 的孔隙率 强度 3. 养护 在混凝土硬化过程中，人为地改变混凝土体周 围环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。 胶凝材料的水化 反应是缓
7、慢的化 学反应，需要较 长时间。 养护时间： 毛细管阻断所需时间与水灰比的关系 W/C 毛细管阻断所需时间 0.40 3 d 0.45 7 d 0.50 14 d 0.60 6 months 0.70 1 year over 0.70 impossible 养护湿度： 胶凝材料的水化 反应需要水分的 参与，如果没有 充分的水分供应 ，水化反应将很 快停止。特别是 在水化初期，湿 养护非常重要。 养护温度： 胶凝材料的水 化反应速度随 温度升高而加 大。 反应速度过快 ，形成的浆体 结构较为疏松 ，后期强度可 能下降。 养护温度对强度的影响 硅酸盐水泥 W/C=0.4 养护方式 Why? 与实验
8、室内标准状态下养护的试件相 比，实际结构内的混凝土常表现出较 高的早期强度和较低的后期强度。 4. 试验参数 1）试件形状； 2）试件尺寸； 3）表面处理； 4）加载时间； 5）试验机的刚度等。 影响强度试验值，而不是实际混凝土强度！ 3.3.4 混凝土在不同应力状态下的力学行为 1.单轴受压作用下混凝土的行为 (1) 混凝土单轴受压 (2) 抗压强度等级 2单轴拉伸作用下混凝土的行为 思考题 1.运用前面所学的知识解释混凝土抗压强度高而 抗拉强度低，而钢材抗拉性能很好的原因。 2.是否水灰比（W/C）越小，配制混凝土强度就 越高？为什么？ 3.试根据基本知识解释当浇注温度和养护温度 高时，混凝土早期强度高，而后期强度就相对低 的道理。
