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1、二、混凝土的强度(p67)1 1、混凝土的受压破坏过程、混凝土的受压破坏过程( (补充）补充）（1 1）混凝土中的过渡区）混凝土中的过渡区(transition zone)(transition zone) 混凝土强度砂浆强度水混凝土强度砂浆强度水泥石强度骨料强度泥石强度骨料强度 弹性模量则是，水泥石混弹性模量则是，水泥石混凝土（砂浆）骨料凝土（砂浆）骨料 从相组成的角度分析，从相组成的角度分析，混凝混凝土由骨料相、水泥石相和过渡土由骨料相、水泥石相和过渡区相三相组成区相三相组成。 骨料与水泥石之间的界面形骨料与水泥石之间的界面形成的成的过渡区对混凝土强度起过渡区对混凝土强度起决定作用决定作用
2、 过过渡渡区区是是指指在在骨骨料料的的表表面面到到水水泥泥石石本本体体之之间间存存在在101050m50m的的界界面过度薄层。面过度薄层。骨骨料料水水可可见见泌泌水水内内泌泌水水新拌混凝土泌水示意图过渡区的形成过渡区的形成: : 混混凝凝土土在在凝凝固固之之前前，由由于于重重力力作作用用骨骨料料下下沉沉，稀稀水水泥泥浆浆上上浮浮，它它们们之之间间的的相相对对运运动动使使骨骨料料颗颗粒粒的的周周壁壁形形成成一一层层稀稀浆膜，待混凝土硬化后，这里就形成了过渡区浆膜，待混凝土硬化后，这里就形成了过渡区。过渡区过渡区特征特征过过渡渡区区体体积积可可达达到到硬硬化化水水泥浆体的泥浆体的20%20%40%
3、40%，过过渡渡区区水水灰灰比比大大，导导致致氢氢氧氧化化钙钙、钙钙矾矾石石等等结结晶晶尺尺寸寸较较大大，含含量量较较多多，且且大大多多垂垂直直于于骨骨料料表表面面定定向向生生长；长；过过渡渡区区孔孔隙隙只只有有来来自自水水泥泥一一侧侧的的水水化化产产物物填填充充，因因此此，过过渡渡区区内内水水化化硅硅酸酸钙钙凝凝胶胶体体的的数数量量较较少少，密密实实度度差差，孔孔隙隙率率大大，尤尤其其是是大孔较多。大孔较多。过渡区过渡区特征特征由由于于骨骨料料和和水水泥泥凝凝胶胶体体的的变变形形模模量量、收收缩缩性性能能等等不不一一样样，或或者者过过渡渡区区内内水水蒸蒸发发等等原原因因、过过渡渡区区存存在在
4、着着大大量量原原生生微微裂缝。裂缝。 由由于于以以上上原原因因，过过渡渡区区是是混混凝凝土土中中的的最最薄薄弱弱环环节节，严严重重降降低低了了混混凝凝土土的的强强度度和和耐耐久久性性。混混凝凝土土的的破破坏坏特特征征往往往往是是界界面面破破坏坏也也证明了这一点证明了这一点。（2 2）混凝土的受力变形与破坏过程）混凝土的受力变形与破坏过程 混混凝凝土土在在单单轴轴受受压压作作用用下下的的破破坏坏过过程程，是是其其内内部部微微裂裂缝缝（microcrackingmicrocracking）随随荷荷载载增增大大而而延延伸伸、发发展展、连连通的过程，分为四个阶段通的过程，分为四个阶段界面裂缝无明界面裂
5、缝无明显变化；显变化；界面界面裂缝增长；裂缝增长；出出现砂浆裂缝和连续现砂浆裂缝和连续裂缝；裂缝；连续裂连续裂缝迅速发展；缝迅速发展；裂缝缓慢增长；裂缝缓慢增长；裂缝迅速增长裂缝迅速增长 图5.18不同受力阶段裂缝示意界面裂缝无明显变化（界面裂缝无明显变化（30%30%以内应力）；以内应力）；界面裂缝增长（界面裂缝增长（30%-70%30%-70%应力）；应力）；出现砂浆裂缝和连续裂缝（出现砂浆裂缝和连续裂缝（70%-100%70%-100%）；）；连续裂缝迅速发展（极限应力以后）；连续裂缝迅速发展（极限应力以后）；轴向应变轴向应变（mm)应应力力MPa普通混凝土普通混凝土高强混凝土高强混凝土
6、0.006120高强混凝土上升区的线高强混凝土上升区的线性段增加，下降区更加性段增加，下降区更加陡峭。陡峭。裂缝扩展的裂缝扩展的路径和方向路径和方向骨料骨料水泥石水泥石骨料骨料周围周围的过的过渡区渡区普通混凝土，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。普普通通混混凝凝土土高高强强混混凝凝土土2.2.混凝土立方体抗压强度与强度等级混凝土立方体抗压强度与强度等级普普通通混混凝凝土土力力学学性性能能试试验验方方法法（GB/T GB/T 5008150081一一20022002） 将将混混凝凝土土拌拌合合物物制制作作成成边边长长为为150mm150m
7、m的的立立方方体体试试件件（test test cubecube），在在标标准准条条件件（温温度度为为202022，湿湿度度为为95%95%以以上上，或或在在温温度度为为202022的的不不流流动动的的Ca(OH)Ca(OH)2 2饱饱和和溶溶液液中中）下下，养养护护到到28d28d龄龄期期，测测得得的的抗抗压压强强度度值值为为混混凝凝土土立立方方体抗压强度体抗压强度（compressive strength of cubecompressive strength of cube），以，以cucu表示。表示。实验演示同条件养护，自然养护、蒸汽（压）养护同条件养护，自然养护、蒸汽（压）养护早期推
8、定混凝土强度试验方法早期推定混凝土强度试验方法（JGJ 15JGJ 15）混凝土立方体抗压强度标准值混凝土立方体抗压强度标准值是指具有是指具有9595保保证率的立方体抗压强度值，以证率的立方体抗压强度值，以cu,kcu,k表示。表示。混凝土强度等级（混凝土强度等级（strength grade of strength grade of concreteconcrete）是按混凝土立方体抗压强度标准值）是按混凝土立方体抗压强度标准值来划分的来划分的。混凝土强度等级采用混凝土强度等级采用符号符号C C加立方体抗压强度标加立方体抗压强度标准值（准值（MPaMPa）表示）表示。- -设计、施工、验收依
9、据。设计、施工、验收依据。普通混凝土划分为十二个强度等级：普通混凝土划分为十二个强度等级：C7.5C7.5、C10C10、C15C15、C20C20、C25C25、C30C30、C35C35、C40C40、C45C45、C50C50、C55C55及及C60C60。如如C30C30混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度3030 MPa MPa的概率的概率在在95%95%以上以上 不同的建筑工程，不同的部位常采用不同强度等级的不同的建筑工程，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：围如下：C10C1
10、5用于垫层、基础、地坪及受力不大用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。的结构。C20C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；通钢筋混凝土结构；C25C30用于大跨度结构、要求耐久性高的用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；结构、预制构件等；C40C45用于预应力钢筋混凝土构件、吊车用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于梁及特种结构等，用于2530层；层；C50C60用于用于30层至层至60层以上高层建筑；层以上高层建筑；C60C80用于高层建筑，采用高性能混凝土；用于高层建筑，采用高性能混凝土； C80C120采用超高强混凝土于
11、高层建筑。采用超高强混凝土于高层建筑。将来可能推广使用高达将来可能推广使用高达C130以上的混凝土。以上的混凝土。3.3.混凝土的轴心抗压强度混凝土的轴心抗压强度( (又称棱柱体强度）又称棱柱体强度）为为了了符符合合工工程程实实际际，在在结结构构设设计计中中混混凝凝土土受受压压构构件件的的计计算算采采用用混混凝凝土土的的轴轴心心抗抗压压强强度度cpcp（axial compressive strength of concreteaxial compressive strength of concrete）标准试件标准试件: :150mm150mm150mm150mm300mm300mm。在在立
12、立方方抗抗压压强强度度cucu=10=1055MPa55MPa的的范范围围内内，轴轴心心抗抗压压强强度度cpcp与与同同截截面面的的立立方方体体抗抗压压强强度度cucu之比约为之比约为0.70.70.80.8。4.4.混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度(tensile strength(tensile strength）抗抗拉拉强强度度/ /抗抗压压强强度度= =1/101/101/201/20，且且随随着着混混凝凝土强度等级的提高，比值降低。土强度等级的提高，比值降低。 通常通常1.27-3.11MPa 设计规范设计规范混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。但
13、但在在结结构构设设计计中中抗抗拉拉强强度度是是确确定定混混凝凝土土抗抗裂裂能能力力的的重重要要指指标标。也也可可用用它它间间接接衡衡量量混混凝凝土土与与钢钢筋的粘结强度等。筋的粘结强度等。混混凝凝土土抗抗拉拉强强度度通通常常采采用用立立方方体体劈劈裂裂抗抗拉拉试试验验来来测测定定，称称为为劈劈裂裂抗抗拉拉强强度度tsts（splitting splitting tensile strengthtensile strength）。）。混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度t t（axial tensile strengthaxial tensile strength）f ft t = =（0.9-
14、1.240.9-1.24）f ftsts f ft t = 0.26 fcu= 0.26 fcu2/32/35.5.混凝土的抗折强度混凝土的抗折强度（或抗弯拉强度（或抗弯拉强度bending strengthbending strength） 150*150*550mm150*150*550mm的试件，标养的试件，标养2828天，三分点加荷天，三分点加荷。 对于道路路面和机场路面等的水泥混凝土以抗折强度为对于道路路面和机场路面等的水泥混凝土以抗折强度为主要强度指标，抗压强度为参考强度指标，二者有一定的相主要强度指标，抗压强度为参考强度指标，二者有一定的相关性。关性。（特重和重交通量（特重和重交
15、通量f fcfcf 5.0 5.0 、中交通量、中交通量4.5 4.5 、轻交通量、轻交通量4.0 MPa 4.0 MPa ） 6.6.影响混凝土抗压强度的因素影响混凝土抗压强度的因素混混凝凝土土强强度度由由骨骨料料、水水泥泥石石、过过渡渡区区三三者者强强度度决定决定由由于于骨骨料料强强度度足足够够高高，而而过过渡渡区区为为混混凝凝土土的的薄薄弱环节，混凝土受力破坏一般出现在界面上。弱环节，混凝土受力破坏一般出现在界面上。当水泥石强度较低时，水泥石本身也会破坏。当水泥石强度较低时，水泥石本身也会破坏。所所以以混混凝凝土土的的强强度度主主要要决决定定于于水水泥泥石石强强度度及及其其与与骨骨料料表
16、表面面的的粘粘结结强强度度，二二者者孔孔隙隙率率为为混混凝凝土土强度的决定性因素。强度的决定性因素。影响抗压强度的因素主要有以下几个方面影响抗压强度的因素主要有以下几个方面影响抗压强度的因素有以下几个方面：影响抗压强度的因素有以下几个方面：（1 1）原材料因素）原材料因素 （2 2）生产工艺因素）生产工艺因素-包括施工（搅拌、包括施工（搅拌、捣实）、养护条件、养护时间等因素捣实）、养护条件、养护时间等因素 （3 3）实验因素）实验因素（1 1）原材料因素）原材料因素1 1）水泥强度水泥强度 配比相同时，水泥强度等级配比相同时，水泥强度等级越高，界面与水泥石致密，混凝土强度提高。越高，界面与水泥
17、石致密，混凝土强度提高。2 2）水灰比水灰比（water-cement ratiowater-cement ratio） 在水泥品种及水泥强度相同的情况下，在水泥品种及水泥强度相同的情况下，水水灰比越小，水泥石与界面结构改善，混凝土强灰比越小，水泥石与界面结构改善，混凝土强度提高。度提高。 但水灰比太小，拌合物过于干硬，在一定但水灰比太小，拌合物过于干硬，在一定的捣实成型条件下，无法保证密实成型，混凝的捣实成型条件下，无法保证密实成型，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，强度也将下降。土中将出现较多的蜂窝、孔洞，强度也将下降。混混凝凝土土强强度度，随随水水灰灰比比的的增增大大而而降降低低，呈呈曲曲
18、线线关关系；而混凝土强度和灰水比呈直线关系系；而混凝土强度和灰水比呈直线关系。混凝土强度与水灰比、水泥强度等级关系混凝土强度与水灰比、水泥强度等级关系（鲍罗米公式）（鲍罗米公式）： cucu混凝土混凝土28d28d抗压强度，抗压强度，MPaMPa； C/WC/W灰水比，灰水比，f fcece水泥的水泥的28d28d抗压强度实测值，抗压强度实测值，MPaMPa； f fce ce = = c cf fce,kce,ka a、b b回回归归系系数数，与与骨骨料料的的品品种种、水水泥泥品品种种等等因因素素有有关关。当当不不具具备试验统计资料时，其回归系数可按下表采用。备试验统计资料时，其回归系数可按
19、下表采用。混凝土强度经验公式具有实用意义：混凝土强度经验公式具有实用意义： 可可以以根根据据所所用用水水泥泥的的强强度度等等级级和和水水灰灰比比来来估估计计混混凝凝土土的的强度，也可根据混凝土的强度要求来估计水灰比。强度，也可根据混凝土的强度要求来估计水灰比。3 3）骨料的种类、质量和数量）骨料的种类、质量和数量 （补充）（补充） uf f碎石碎石f f卵石卵石（w/c=0.65w/c=0.65相同，相同，0.450.45时，碎石高时，碎石高20-35%20-35%），），f f石灰石石灰石f f砂岩。砂岩。u当粗骨料当粗骨料级配良好，砂率适当级配良好，砂率适当，能组成密实的，能组成密实的骨架
20、骨架使薄弱的过渡区和水泥浆数量相对减使薄弱的过渡区和水泥浆数量相对减小小混凝土强度提高。混凝土强度提高。u骨料最大粒径骨料最大粒径对混凝土强度的影响与水灰比有对混凝土强度的影响与水灰比有关。关。骨料最大粒径对混骨料最大粒径对混凝土强度的影响与凝土强度的影响与水灰比有关水灰比有关。因此在配制高强因此在配制高强混凝土时，不应混凝土时，不应采用较大粒径的采用较大粒径的粗骨料粗骨料。（即低水灰比时（即低水灰比时界面为决界面为决定因素；高水灰比时定因素；高水灰比时水泥水泥石为决定因素）石为决定因素）骨料最大粒径骨料最大粒径 ( Dmax )混凝土类型混凝土类型 Dmax（mm )大坝混凝土大坝混凝土 1
21、50普通混凝土普通混凝土 40高强混凝土高强混凝土 25（碎石）（碎石） 15（卵石）（卵石）活性粉末混凝土活性粉末混凝土 0.64 4）外加剂和掺合料（补充）外加剂和掺合料（补充）混混凝凝土土中中加加入入外外加加剂剂可可按按要要求求改改变变混混凝凝土土的的强强度度及及强强度度发发展展规规律律，如如掺掺入入减减水水剂剂可可减减少少拌拌合合用用水水量量，提提高高混混凝凝土土强强度度；掺掺入入早早强强剂剂可可提提高高混混凝凝土土早早期期强强度度，但但对其后期强度发展无明显影响。对其后期强度发展无明显影响。超超细细的的掺掺合合料料可可配配制制高高性性能能、超超高高强强度度混凝土。混凝土。（2 2）生
22、产工艺因素）生产工艺因素-包括施工（搅拌、捣实）包括施工（搅拌、捣实）、养护条件、养护时间等因素。、养护条件、养护时间等因素。浇注浇注 ( Placing)新拌混凝土新拌混凝土的工作度的工作度捣实程度捣实程度硬化混凝土硬化混凝土的孔隙率的孔隙率强度强度 （2 2）生产工艺因素）生产工艺因素 1 1）施工）施工(construction)(construction)条件条件搅拌与振捣（补充）搅拌与振捣（补充）采采用用机机械械搅搅拌拌比比人人工工搅搅拌拌的的拌拌合合物物更更均均匀匀，采采用用机械捣实机械捣实比人工捣实的混凝土更密实。比人工捣实的混凝土更密实。改改进进施施工工工工艺艺可可提提高高混混
23、凝凝土土强强度度，如如采采用用分分次次投投料料搅搅拌拌工工艺艺；采采用用高高速速搅搅拌拌工工艺艺；采采用用高高频频或或多多频频振振捣捣器器；采采用用二二次次振振捣捣工工艺艺等等都都会会有有效效地提高混凝土强度。地提高混凝土强度。3020水化速率水化速率加快加快1倍倍40水化速率水化速率加快加快2.4倍倍水水化化温温度度-10水化停止水化停止2 2）养养护护条条 件件 为为保保证证混混凝凝土土正正常常硬硬化化需需要要 的的 温温 、湿湿度度环环境境所所采采取取的的措施。措施。2 2）养护）养护(curing)(curing)条件条件温度和湿度温度和湿度环环境境温温度度高高，水水泥泥早早期期水水化
24、化速速度度快快，混混凝凝土土早早期期强强度度也也高高；但但对对后后期期强强度度的的发发展展不不利利。反反之之，低低温温下下混混凝凝土强度发展相应缓慢，应当特别防止混凝土早期受冻土强度发展相应缓慢，应当特别防止混凝土早期受冻。养护温度对强度的影响硅酸盐水泥 W/C=0.4养护养护方式方式养护温度养护温度：胶凝材料的水胶凝材料的水化反应速度随化反应速度随温度升高而加温度升高而加大。大。 反应速度过反应速度过快，形成的浆快，形成的浆体结构不均匀体结构不均匀且较为疏松，且较为疏松，后期强度可能后期强度可能下降。下降。 养护类别（表养护类别（表4-17) 4-17) 标准养护标准养护实验室实验室自然养护
25、自然养护混凝土在自然条件下的养护混凝土在自然条件下的养护。 自自然然养养护护的的温温度度随随气气温温变变化化，为为保保证证混混凝凝土土所所需需的的湿湿度度，则则应应在在浇浇注注完完毕毕后后即即进进行行表表面面覆覆盖盖、浇浇水水、喷喷涂涂养养护护剂剂等等措措施施，保保持持混混凝凝土土表表面面有有一一定定量量的的水水，并并且且可可防防止止其其早早期期的的塑塑性性收缩和干缩。收缩和干缩。使使用用硅硅酸酸盐盐水水泥泥、普普通通水水泥泥和和矿矿渣渣水水泥泥时时，混混凝凝土土保保湿湿不不少少于于7d7d；使使用用火火山山灰灰水水泥泥和和粉粉煤煤灰灰水水泥泥或或在在施施工工中中掺掺用用缓缓凝凝型型外外加加剂
26、剂或或有有抗抗渗渗要要求时，应不少于求时，应不少于14d14d； 为为提提高高混混凝凝土土强强度度，可可采采用用湿湿热热养养护护的的方法，分蒸气养护和蒸压养护两种：方法，分蒸气养护和蒸压养护两种：蒸汽养护蒸汽养护(steam curing)(steam curing)预制构件预制构件 将将混混凝凝土土放放在在温温度度不不高高于于100100的的常常压压蒸蒸汽汽中中进进行行养养护护。一一般般混混凝凝土土经经过过16h16h左左右右蒸蒸汽汽养养护护后后，其其强强度度可可达达到到正正常常条条件件下下养护养护28d28d强度的强度的70%70%8080。蒸压养护蒸压养护(autoclave curin
27、g)(autoclave curing)硅酸盐制品硅酸盐制品 将将混混凝凝土土放放在在高高温温饱饱和和水水蒸蒸汽汽（175175、8 8个大气压）的蒸压釜内进行养护。个大气压）的蒸压釜内进行养护。 3 3）养护时间）养护时间（龄期（龄期-age of hardening-age of hardening）龄龄期期是是指指混混凝凝土土在在正正常常养养护护条条件件下下所所经经历历的的时时间间。在在正正常常养养护护条条件件下下，混混凝凝土土强强度度随随着着龄龄期期的的增增长长而而增增长长。最最初初7 714d14d内内，强强度度增增长长较较快快，以以后后逐逐渐缓慢，可持续若干年渐缓慢，可持续若干年。
28、普普通通水水泥泥制制成成的的混混凝凝土土，在在标标准准条条件件养养护护下下，龄龄期期不不小小于于3d3d的的混混凝凝土土强强度度发发展展大大致致与与其其龄龄期期的的对对数成正比关系。数成正比关系。养护时间龄期龄期( (天天) )1 17 72828150150180180水化深度水化深度( (微米微米) )0.430.432.62.65.375.378.98.91010养护时间养护时间养护应努力作到对混凝土在空间和时间上的养护应努力作到对混凝土在空间和时间上的均匀一致均匀一致恒温、恒湿恒温、恒湿温度温度/ /（tdtd）0 0；湿度湿度/ /（tdtd）0 0；适宜的养护温度适宜的养护温度(
29、(避免高温和冬季施工），较避免高温和冬季施工），较大的湿度或水中大的湿度或水中( (避免大风施工）；避免大风施工）；即时养护及尽量长时间的养护，注重早期养即时养护及尽量长时间的养护，注重早期养护和长期的检测、保养。（护和长期的检测、保养。（工程应追求顺势而为，工程应追求顺势而为，天人合一例天人合一例：热天浇水养护，早晚温差大时的养护）：热天浇水养护，早晚温差大时的养护）（3 3）实验因素）实验因素在在进进行行混混凝凝土土强强度度试试验验时时，试试件件尺尺寸寸、形形状状、表表面面状状态态、含含水水率率以以及及加加荷荷速速度度等等实实验验因因素素都都会会影影响响到到混混凝凝土土强强度度的的测测试试
30、结结果果（气气干干比比饱饱水水试试件件高高20-25%20-25%，承承压压面面偏偏1 1度，相差度，相差10-30%10-30%，2 2度，相差度，相差45-50%45-50%）。 需需要要说说明明的的是是：实实际际工工程程中中，混混凝凝土土强强度度的的检检验验、评评定定和和验验收收通通常常采采用用标标准准试试件件在在标标准养护条件下的试验结果准养护条件下的试验结果 为为保保证证工工程程质质量量起起见见，有有时时需需要要对对混混凝凝土土结结构构实实体体进进行行强强度度检检验验，常常用用的的方方法法有有钻钻芯芯法法（core core teststests）、回回弹弹法法、超超声声回回弹弹综综
31、合法、后装拔出法等。合法、后装拔出法等。 但但由由于于试试验验各各方方面面因因素素的的巨巨大大差差异异，这这些些方方法法的的测测试试结结果果与与标标准准条条件件下下的的试试验验结结果果有有较较大大出出入入，工工程程中中应应结结合合实实际际情情况况，参参照照相关标准执行。相关标准执行。 7 7、提高混凝土强度的措施、提高混凝土强度的措施 （表（表4-184-18）采用强度等级高的水泥；采用强度等级高的水泥；采用采用低水灰比的混凝土低水灰比的混凝土；采采用用有有害害杂杂质质少少、级级配配良良好好、最最大大粒粒径径较较小小的骨料和合理的砂率；的骨料和合理的砂率；采用合理的机械搅拌、振捣工艺；采用合理的机械搅拌、振捣工艺；保保持持合合理理的的养养护护温温度度和和湿湿度度，可可能能的的情情况况下下采用湿热养护；采用湿热养护；掺入掺入合适的外加剂和掺合料合适的外加剂和掺合料。
