混凝土的強度

1、第三章 強度 73 22預覽： 混凝土的強度是設計者和負責質(zhì)量控制的工程師們坐看中的性質(zhì)。 在固體材料中， 強 度與孔隙率 （孔隙的體積分數(shù)） 在一般情況下是成反比關(guān)系的。 像混凝土這樣不是單相的材 料，它的微觀結(jié)構(gòu)每一組成相的孔隙率都可能成為強度的限制因素。 天然骨料的特點一般事 致密而堅硬， 所以水泥漿料基體以及粗骨料之間的界面過渡區(qū)的孔隙率常常決定著普通混凝 土的強度。水灰比是決定集體與表面過渡區(qū)孔隙率的重要組成因素， 從而決定了混凝土的強度。 還 有一些因素比如壓實和固化條件 （水泥水化程度） ，骨料的粒徑與礦物成分、 外加劑的種類、 濕度和樣品形狀、 壓力的種類和加載負荷的速率對混凝

2、土的強度也有很大影響。 本章節(jié)詳細 的分析不同因素對于混凝土強度的影響。由于單軸抗壓強度已經(jīng)作為混凝土常用的強度指 標，與其他類型的強度指標一起在本章節(jié)進行討論，如抗拉強度、 抗折強度、 和雙軸強度之 間的關(guān)系。3.1 定義材料的強度指的是其抵抗外力不被破壞的能力大小。 破壞有時會伴隨著裂紋的出現(xiàn)。 第 二章醬紫， 對普通混凝土微觀結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)， 混凝土不同于其它結(jié)構(gòu)材料， 在沒有受到外 力作用之前就存在這很多的微小裂紋。 所以，在混凝土中， 強度是與引起破壞的應力相關(guān)的， 把混凝土所能抵抗的最大應定義為混凝土的強度。 在抗拉實驗中樣品斷裂算作被破壞。 而在 抗壓測試中， 即使表面沒有可見裂

3、紋， 但是內(nèi)部的裂紋使其不能承載更大應力的時候， 就可 以算作已經(jīng)被破壞。3.2 作用在混凝土設計和質(zhì)量控制過程中， 強度通常是一個唄限定的性質(zhì)。 這是因為與大多數(shù)其 它性質(zhì)相比，強度的測試相對比比較容易。而且，很多混凝土的其他性質(zhì)，比如彈性模量、 水密度或抗?jié)B性， 以及抵抗大氣中的介質(zhì) （包括侵蝕水） 的作用等， 都被認為要取決于強度， 并可以由強度數(shù)據(jù)推理出來。 如第一章所述， 混凝土的抗壓強度值要比其它類型的強度值高 數(shù)倍， 因此大多數(shù)混凝土構(gòu)件在設計時候， 都利用了該材料具有較高抗壓強度的優(yōu)點。 盡管 在實際結(jié)構(gòu)中， 大多數(shù)混凝土在兩個方向或者更多方向收到壓應力、 剪應力和拉應力的復合

4、 作用，但是，單軸抗壓試驗在實驗室中最容易進行， 由標準單軸抗壓試驗測定的 28d 抗壓強 度已被廣泛接受，作為混凝土的強度通用指標。3.3 強度與孔隙率一般情況，固體材料的孔隙率和強度成反比，對于簡單的均質(zhì)材料，可用式子 3 - 1 表達：S=S0e-kp（3 - 1）式中 S:為孔隙率為p是材料的抗壓強度；So:孔隙率為零時的本征強度；K ：常數(shù)。對于很多材料來說，S/ So與孔隙率之間呈相同的曲線關(guān)系。例如，圖 3 - 1（a）的數(shù)據(jù)表示標準養(yǎng)護的水泥、蒸壓養(yǎng)護的水泥和不同骨料的孔隙率與強度 的關(guān)系。實際上，這種強度與孔隙率的關(guān)系適用于很多材料，如貼、熟石膏、燒 結(jié)氧化鋁、氧化鋯等 圖

5、3-1 （ b） (a) 抗壓強度/MPa(b) 相對強度。鋯、鐵、熟石膏、燒結(jié)氧化鋁(c) 立方體強度/MPa。砂漿 配合比A、B、C2 f Irrfs-上云11生歲11.煮巴 dL=u Imn0 FksCeir uf pars氐 S inte red a him in 吐McifUr0U.20.40.6 U 卡0 u u u u U7 ft 6 4 2毛細管孔隙率(%)孔隙率(%)膠孔比x(a)(b)(c)(a)標準養(yǎng)護水泥制品，蒸壓養(yǎng)護水泥制品和不同骨料；(b) 鐵、熟石膏、燒結(jié)氧化鋁氧化鋯;(c) 不同配比的硅酸鹽水泥砂漿。而且，孔隙率與強度之間的反比關(guān)系不僅局限與水泥制品，對很多材料

6、和適用Powers1這個人發(fā)現(xiàn)三種不同漿料的 28d抗壓強度fc與膠一孔比相關(guān)，或 者說，與體系中固相水化產(chǎn)物和總空間之比有關(guān)。fc=ax3( 3 - 2)其中a：材料孔隙率p為零是的本征強度x:固孔比，或系統(tǒng)中固體的比值，因此 x=1 -pPowers的數(shù)據(jù)如圖3 -1 (c)所示，他發(fā)現(xiàn)a=234MPa。圖3 -1中三條曲線 的相似性，說明固體材料的強度一孔隙率關(guān)系具有普適性。盡管硬化水泥漿或者砂漿的孔隙率與強度有關(guān)，但是混凝土的情況卻并不簡 單。粗骨料和集體之間的界面過渡區(qū)中微裂紋的存在，使得混凝土更為復雜，無 法用精確地強度一孔隙率關(guān)系來預測混凝土強度。 然而，強度一孔隙率關(guān)系的普 適

7、性必須硬氣重視，因為混凝土各項(包括界面過渡區(qū))的孔隙率確實會限制強 度。用常規(guī)的低孔隙率或高強度骨料配置的混凝土，其強度將由基體和界面過渡區(qū)的強度共同決定。3.4混凝土的破壞方式像混凝土這樣的材料，基體中含有形狀不同、大小不一的空隙，界面過區(qū)存 在微裂紋，因此在應力作用下的破壞方式非常復雜， 而且隨載荷類型的不同而變 化。簡單的惠顧一下破壞樣本模型，有助于理解和控制影響混凝土強度的諸多因 素。圖3 -2典型的混凝土壓縮破壞模型單軸拉伸是，基體中裂紋的形成和發(fā)展所需能量相對較小， 裂紋（包括界面 過渡區(qū)的原生裂紋和基體中的新生裂紋）的快速擴展和聯(lián)通，導致脆性破壞。受 壓時，由于基體中裂紋的形成

8、和擴展需要更多的能量，破壞時表現(xiàn)的脆性較小。 較為普遍的觀點是，在單軸抗壓試驗中，中、低強度的混凝土在破壞應力的50% 以前，基體不會產(chǎn)生裂紋；在此階段稱為剪切一黏結(jié)裂紋的穩(wěn)定系統(tǒng)已在粗骨料 周圍存在。在更高應力水平時，裂紋在基體內(nèi)產(chǎn)生，在其數(shù)量和大小隨應力水平 的提高而逐漸增大。最后，基體和界面過渡區(qū)的裂紋（剪切一黏結(jié)裂紋）聯(lián)通起 來，和載荷形成20 30方向形成破壞面，如圖所示。3.5抗壓強度及影響因素混凝土所承受外加應力的能力不僅取決于應力種類， 還取決于影響混凝土各 相孔隙率不同因素的組合。這些因素包括混凝土混合物中各種原材料的性能和比 例、壓實程度和養(yǎng)護條件。從強度的角度來看，水灰比

9、和孔隙率的關(guān)系無疑是最 后總要的因素，因為它不依賴于其他因素，直接影響著水泥砂漿基體、粗骨料之 間界面過渡區(qū)的孔隙率直接測定混凝土各獨立結(jié)構(gòu)相（基體和界面過渡區(qū)）的孔隙率是不切實際的， 因而也無法得到測試混凝土強度的精確模型。 然而，人們經(jīng)過長期研究，發(fā)現(xiàn)了 許多有用的經(jīng)驗關(guān)系，為實際應用提供了很多有關(guān)影響抗壓強度很多因素的簡介 信息。雖然混凝土對于外加應力的反應是不同因素交互作用的結(jié)果，但是為了便于理解，可以把這些因素分為三類分別進行討論： 材料特征與配合比；養(yǎng)護條件;試驗參數(shù)3.5.1 材料特性和配合比 制備混凝土混合物之前，首先需要選擇滿足設計強度的原材料及其配合比。混凝土配置材料的成分和性質(zhì)在后面會有介紹， 把一些有關(guān)的重要的混凝