建筑材料第四章混凝土CONCRETE

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1、*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,建筑材料,第四章,混凝土CONCRETE,Part 2,2.2 混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(jí)（）抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)度等級(jí)值,立方體抗壓強(qiáng)度（f,cu,）按照標(biāo)準(zhǔn)的制作方法制成邊長(zhǎng)為150的正立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件（溫度士2，相對(duì)濕度95以上）下，養(yǎng)護(hù)至28齡期，按照標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定方法測(cè)定其抗壓強(qiáng)度值，稱為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度”（以f,cu,表示,以,2,即 a）,測(cè)定混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度，也可以按粗骨料最大粒徑的尺寸而選用不同的試件尺寸。但在計(jì)算其抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)乘以換算系數(shù)，以得到相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)試件的試

2、驗(yàn)結(jié)果。,（對(duì)于邊長(zhǎng)為 100的立方體試件，換算系數(shù)為0.95；邊長(zhǎng)為200的立方體試件，換算系數(shù)為1.05）。,立方體試件抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（f,cu，k,）立方體抗壓強(qiáng)度（f,cu,）只是一組混凝土試件抗壓強(qiáng)度的算術(shù)平均值，并未涉及數(shù)理統(tǒng)計(jì)和保證率的概念。而立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（f,cu,k,）是按數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定，具有不低于保證率的立方體抗壓強(qiáng)度。,強(qiáng)度等級(jí)混凝土的“強(qiáng)度等級(jí)”是根據(jù)“立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值”來(lái)確定的。我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范（GB/T500812002）規(guī)定，普通混凝土按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分為：10、15、C20、C25、C30、C40、C45、C50、C55等強(qiáng)度等級(jí)。,(2)軸心

3、抗壓強(qiáng)度（f,cp,）為了使測(cè)得的混凝土強(qiáng)度接近于混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算軸心受壓構(gòu)件（例如柱子、衍架的腹桿等）時(shí)，都是采用混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度作為依據(jù)。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（/T500812002）規(guī)定，測(cè)定軸心抗壓強(qiáng)度采用 棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件。試驗(yàn)證明，棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值為0.70.8。,(3)劈裂抗拉強(qiáng)度（f,ts,）我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用標(biāo)準(zhǔn)試件立方體，按規(guī)定的劈裂抗拉試驗(yàn)裝置測(cè)得的強(qiáng)度為劈裂抗拉強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱劈拉強(qiáng)度f(wàn),ts,混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：,式中f,ts,混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa；F破壞荷載，；試件劈裂面面積，mm,2,。,(4)混凝土抗彎

4、強(qiáng)度(f,cf,)道路路面或機(jī)場(chǎng)跑道用混凝土，是以抗彎強(qiáng)度（或稱抗折強(qiáng)度）為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。水泥混凝土的抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)是以標(biāo)準(zhǔn)方法制備成 150mm150mm550mm的梁形試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)后，按三分點(diǎn)加荷，測(cè)定其抗彎強(qiáng)度（f,cf,），按下式計(jì)算：,式中f,cf,混凝土抗彎強(qiáng)度，；F破壞荷載，；支座間距，mm；試件截面寬度，mm；試件截面高度，mm；如為跨中單點(diǎn)加荷得到的抗折強(qiáng)度，按斷裂力學(xué)推導(dǎo)應(yīng)乘以折算系數(shù)0.85。,影響混凝土強(qiáng)度的因素 影響混凝土強(qiáng)度的主要因素有：（1）水泥強(qiáng)度與水灰比 水泥是混凝土中的活性組分，其強(qiáng)度大小直接影響著混凝土強(qiáng)度的高低。在配合比相同的條件下，所用的水泥標(biāo)

5、號(hào)越高，制成的混凝土強(qiáng)度也越高。當(dāng)用同一品種同一標(biāo)號(hào)的水泥時(shí)，混凝土的強(qiáng)度主要取決于水灰比。因?yàn)樗嗨瘯r(shí)所需的結(jié)合水，一般只占水泥重量的左右，但在拌制混凝土混合物時(shí)，為了獲得必要的流動(dòng)性，常需用較多的水（約占水泥重量的）?；炷劣不螅嘤嗟乃终舭l(fā)或殘存在混凝土中，形成毛細(xì)管、氣孔或水泡，它們減少了混凝土的有效斷面，并可能在受力時(shí)于氣孔或水泡周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，使混凝土強(qiáng)度下降。,在保證施工質(zhì)量的條件下，水灰比愈小，混凝土的強(qiáng)度就愈高。但是，如果水灰比太小，拌合物過(guò)于干澀，在一定的施工條件下，無(wú)法保證澆灌質(zhì)量，混凝土中將出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，也將顯著降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。試驗(yàn)證明，混凝土

6、強(qiáng)度，隨水灰比增大而降低，呈曲線關(guān)系，而混凝土強(qiáng)度與灰水比呈直線關(guān)系,（圖43）。,圖43 混凝土強(qiáng)度與水灰比及灰水比的關(guān)系 （）強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系；,（）強(qiáng)度與灰水比的關(guān)系,水泥石與骨料的粘結(jié)情況與骨料種類和骨料表面性質(zhì)有關(guān)，表面粗糙的碎石比表面光滑的卵石（礫石）的粘結(jié)力大，硅質(zhì)集料與鈣質(zhì)集料也有分別。在其他條件相同的情況下，碎石混凝土的強(qiáng)度比卵石混凝土的強(qiáng)度高。根據(jù)大量試驗(yàn)建立的混凝土強(qiáng)度公式：,式中f,cu,0,混凝土28天抗壓強(qiáng)度,a；f,ce,水泥的實(shí)際強(qiáng)度,a；灰水比；每立方米混凝土中水泥用量,kg;每立方米混凝土中用水量,kg。,a,b,為回歸系數(shù)，與骨料品種、水泥品種有關(guān)，其數(shù)

7、值可通過(guò)試驗(yàn)求得。普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ552000）提供的,a,、,b,經(jīng)驗(yàn)值為：采用碎石：,a,=0.46,b,0.07 采用卵石：,a,=0.48,b,=0.33,（2）養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度 混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)，是水泥的水化、凝結(jié)和硬化的過(guò)程，必須在一定的溫度和濕度條件下進(jìn)行。在保證足夠濕度情況下，不同養(yǎng)護(hù)溫度，其結(jié)果也不相同。溫度高，水泥凝結(jié)硬化速度快，早期強(qiáng)度高，所以在混凝土制品廠常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方法提高構(gòu)件的早期強(qiáng)度，以提高模板和場(chǎng)地周轉(zhuǎn)率。低溫時(shí)水泥混凝土硬化比較緩慢，當(dāng)溫度低至0以下時(shí)，硬化不但停止，且具有冰凍破壞的危險(xiǎn)。水泥的水化必須在有水的條件下進(jìn)行，因此，混凝土澆筑完

8、畢后，必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?，以保證混凝土不斷地凝結(jié)硬化。,(3)齡期 在正常養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)遵循水泥水化歷程規(guī)律，即隨著齡期時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度也隨之增長(zhǎng)。最初內(nèi)，強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，以后增長(zhǎng)較慢。但只要溫濕度適宜，其強(qiáng)度仍隨齡期增長(zhǎng)。普通水泥制成的混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，其強(qiáng)度的發(fā)展，大致與其齡期的對(duì)數(shù)成正比（齡期不小于三天）,式中f,n,nd齡期混凝土的抗壓程度,MPa；,28,28齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度,MPa；lg、lg 28（不小于3）和28的常用對(duì)數(shù)。,實(shí)際工程中利用混凝土的成熟度來(lái)估算混凝土強(qiáng)度也是一種有效的方法?；炷恋某墒於仁侵富炷了?jīng)歷的時(shí)間和溫度的乘積的

9、總和，單位為h。當(dāng)混凝土的初始溫度在某一范圍內(nèi)，并且在所經(jīng)歷的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生干燥失水的情況下，混凝土強(qiáng)度和成熟度的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系。,（4）施工質(zhì)量施工質(zhì)量的好壞對(duì)混凝土強(qiáng)度有非常重要的影響。施工質(zhì)量包括配料準(zhǔn)確，攪拌均勻，振搗密實(shí)，養(yǎng)護(hù)適宜等。任何一道工序忽視了規(guī)范管理和操作，都會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低。(5)試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件對(duì)混凝土強(qiáng)度的測(cè)定也有直接影響。如試件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及溫濕度等，測(cè)定時(shí)，要嚴(yán)格遵照試驗(yàn)規(guī)程的要求進(jìn)行，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。,提高混凝土強(qiáng)度的措施（1）選用高強(qiáng)度水泥和低水灰比 水泥是混凝土中的活性組分，在相同的配合比情況下，所用水泥的強(qiáng)度等級(jí)越高，混凝土的強(qiáng)度越

10、高。水灰比是影響混凝土程度的重要因素，試驗(yàn)證明，水灰比增加，則混凝土強(qiáng)度將下降，在滿足施工和易性和混凝土耐久性要求條件下，盡可能降低水灰比和提高水泥強(qiáng)度，這對(duì)提高混凝土的強(qiáng)度是十分有效的。,（2）摻用混凝土外加劑在混凝土中摻入減水劑，可減少用水量，提高混凝土強(qiáng)度；摻入早強(qiáng)劑，可提高混凝土的早期強(qiáng)度。在混凝土中摻入礦物外加劑（如磨細(xì)礦渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉等），可以節(jié)約水泥，降低成本；減少環(huán)境污染，改善混凝土諸多性能。,（3）采用機(jī)械攪拌和機(jī)械振動(dòng)成型。采用機(jī)械攪拌、機(jī)械振搗的混合料，可使混凝土混合料的顆粒產(chǎn)生振動(dòng)，降低水泥漿的粘度和骨料的摩擦力，使混凝土拌合物轉(zhuǎn)入液體狀態(tài)，在滿足施工和易性要

11、求條件下，可減少拌合用水量，降低水灰比。同時(shí)，混凝土混合物被振搗后，它的顆粒互相靠近，并把空氣排出，使混凝土內(nèi)部孔隙大大減少，從而使混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度大大提高。,（4）采用濕熱處理濕熱處理可分為蒸汽養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)兩類。蒸汽養(yǎng)護(hù)就是將成型后的混凝土制品放在100以下的常壓蒸汽中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。以加快混凝土強(qiáng)度發(fā)展的速度。混凝土經(jīng)1620的蒸汽養(yǎng)護(hù)后，其強(qiáng)度即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28強(qiáng)度的70 80。,蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土在175溫度和個(gè)大氣壓的蒸壓釜中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。主要適用于硅酸鹽混凝土拌合物及其制品。,2.3.混凝土的變形性能引起混凝土變形的因素很多，歸納起來(lái)有兩類：非荷載作用下的變形和荷載作用下的變形,2

12、.3.1 混凝土在非荷載作用下的變形（1）化學(xué)收縮 混凝土在硬化過(guò)程中，由于水泥水化產(chǎn)物的體積小于反應(yīng)物（水和水泥）的體積，引起混凝土產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮。其收縮量是隨著混凝土齡期的延長(zhǎng)而增加，大致與時(shí)間的對(duì)數(shù)成正比一般在混凝土成型后40內(nèi)收縮量增加較快，以后逐漸趨向穩(wěn)定?；瘜W(xué)收縮是不可恢復(fù)的，可使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微細(xì)裂縫。,（2）塑性收縮 混凝土成型后尚未凝結(jié)硬化時(shí)屬塑性階段，在此階段往往由于表面失水而產(chǎn)生收縮稱為塑性收縮。新拌混凝土若表面失水速率超過(guò)內(nèi)部水向表面遷移的速率時(shí)，會(huì)造成毛細(xì)管內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，因而使?jié){體中固體粒子間產(chǎn)生一定引力，便產(chǎn)生了收縮，如果引力不均勻作用于混凝土表面，則表面將

13、產(chǎn)生裂紋。預(yù)防塑性收縮開裂的方法是降低混凝土表面失水速率，采取防風(fēng)、降溫等措施。最有效的方法是凝結(jié)硬化前保持混凝土表面的濕潤(rùn)，如在表面覆蓋塑料膜、噴灑養(yǎng)護(hù)劑等。,（3）干濕變形 混凝土的干濕變形主要取決于周圍環(huán)境濕度的變化，表現(xiàn)為干縮濕脹。混凝土在干燥空氣中存放時(shí)，混凝土內(nèi)部吸附水分蒸發(fā)而引起凝膠體失水產(chǎn)生緊縮，以及毛細(xì)管內(nèi)游離水分蒸發(fā)，毛細(xì)管內(nèi)負(fù)壓增大，也使混凝土產(chǎn)生收縮。如干縮后的混凝土再次吸水變濕后，一部分干縮變形是可以恢復(fù)的?；炷猎谒杏不瘯r(shí)，體積不變，甚至有輕微膨脹。這是由于凝膠體中膠體粒子的吸附水膜增厚，膠體粒子間距離增大所致。,混凝土的濕脹變形量很小，一般無(wú)破壞作用。但干縮變形

14、對(duì)混凝土危害較大，干縮可能使混凝土表面出現(xiàn)拉應(yīng)力而導(dǎo)致開裂，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。影響混凝土干縮的因素有：水泥品種和細(xì)度、水泥用量和用水量等?；鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥干縮大；水泥越細(xì)，收縮也越大；水泥用量多，水灰比大，收縮也大；混凝土中砂石用量多，收縮小；砂石越干凈，搗固越好，收縮也越小.,（4）溫度變形 混凝土與其他材料一樣，也具有熱脹冷縮的性質(zhì)，混凝土的熱脹冷縮的變形，稱為溫度變形。混凝土溫度膨脹系數(shù)約為 110,-5,，即溫度升高1，每m膨脹0.01。溫度變形對(duì)大體積混凝土極為不利?；炷猎谟不跗冢嗨懦鲚^多的熱量，而混凝土是熱的不良導(dǎo)體，散熱很慢，使混凝土內(nèi)部溫度升

15、高，但外部混凝土溫度則隨氣溫下降，致使內(nèi)外溫差達(dá)5070，造成內(nèi)部膨脹及外部收縮，使外部混凝土產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)使混凝土產(chǎn)生裂縫。,因此，對(duì)大體積混凝土工程，應(yīng)設(shè)法降低混凝土的發(fā)熱量，如采用低熱水泥，減少水泥用量，采用人工降溫措施以及對(duì)表層混凝土加強(qiáng)保溫保濕等，以減小內(nèi)外溫差，防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。對(duì)縱向長(zhǎng)度較大的混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮混凝土溫度變形所產(chǎn)生的危害，每隔一段長(zhǎng)度應(yīng)設(shè)置溫度伸縮縫，以及在結(jié)構(gòu)內(nèi)配置溫度鋼筋。,2.3.2 混凝土在荷載作用下的變形（1）混凝土的受壓變形與破壞特征硬化后的混凝土在未施加荷載前，由于水泥水化造成的化學(xué)收縮和物理收縮引起的砂漿體積的變化，在粗骨

16、料與砂漿界面上產(chǎn)生了拉應(yīng)力，同時(shí)混凝土成型后的泌水聚積于粗骨料的下緣，混凝土硬化后形成為界面裂縫?；炷潦芡饬ψ饔脮r(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生了拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力很容易在具有幾何形狀為楔形的微裂縫頂部形成應(yīng)力集中，隨著拉應(yīng)力的逐漸增大，導(dǎo)致微裂縫的進(jìn)一步延伸、匯合、擴(kuò)大，形成可見的裂縫，致使混凝土結(jié)構(gòu)喪失連續(xù)性而遭到完全破壞。,當(dāng)用混凝土立方體試件進(jìn)行單軸靜力受壓試驗(yàn)時(shí)，混凝土的荷載變形曲線如圖4-4所示，通過(guò)顯微觀察所查明的混凝土破壞過(guò)程各階段的裂縫狀態(tài)如圖4-5所示。,圖4-4 混凝土的荷載變形曲線,混凝土的受壓破壞發(fā)展過(guò)程及各階段情況如下：,階段：荷載到達(dá)“比例極限”（約為極限荷載的）以前、界面裂縫無(wú)明顯變化，荷載與變形比較接近直線關(guān)系（圖中曲線段）,II階段：荷載超過(guò)“比例極限”以后，界面裂縫的數(shù)量、長(zhǎng)度和寬度都不斷增大，界面借摩阻力繼續(xù)承擔(dān)荷載，但尚無(wú)明顯的砂漿裂縫。此時(shí)，變形增大的速度超過(guò)荷載增大的速度，荷載與變形之間不再為線性關(guān)系（圖中曲線殷）。,III階段：荷載超過(guò)“臨界荷載”（約為極限荷載的）以后，界面裂縫繼續(xù)發(fā)展，開始出現(xiàn)砂漿裂縫，并將鄰近的界面裂縫連接起來(lái)成為連續(xù)裂縫。此時(shí)，變