混凝土的強(qiáng)度

1、第三章 強(qiáng)度 73 22預(yù)覽： 混凝土的強(qiáng)度是設(shè)計者和負(fù)責(zé)質(zhì)量控制的工程師們坐看中的性質(zhì)。 在固體材料中， 強(qiáng) 度與孔隙率 （孔隙的體積分?jǐn)?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(qiáng)度的限制因素。 天然骨料的特點(diǎn)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(qiáng)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(qiáng)度。 還 有一些因素比如壓實(shí)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(fù)荷的速率對混凝

2、土的強(qiáng)度也有很大影響。 本章節(jié)詳細(xì) 的分析不同因素對于混凝土強(qiáng)度的影響。由于單軸抗壓強(qiáng)度已經(jīng)作為混凝土常用的強(qiáng)度指 標(biāo)，與其他類型的強(qiáng)度指標(biāo)一起在本章節(jié)進(jìn)行討論，如抗拉強(qiáng)度、 抗折強(qiáng)度、 和雙軸強(qiáng)度之 間的關(guān)系。3.1 定義材料的強(qiáng)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(qiáng)度是與引起破壞的應(yīng)力相關(guān)的， 把混凝土所能抵抗的最大應(yīng)定義為混凝土的強(qiáng)度。 在抗拉實(shí)驗(yàn)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(yīng)力的時候， 就可 以算作已經(jīng)被破壞。3.2 作用在混凝土設(shè)計和質(zhì)量控制過程中， 強(qiáng)度通常是一個唄限定的性質(zhì)。 這是因?yàn)榕c大多數(shù)其 它性質(zhì)相比，強(qiáng)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(rèn)為要取決于強(qiáng)度， 并可以由強(qiáng)度數(shù)據(jù)推理出來。 如第一章所述， 混凝土的抗壓強(qiáng)度值要比其它類型的強(qiáng)度值高 數(shù)倍， 因此大多數(shù)混凝土構(gòu)件在設(shè)計時候， 都利用了該材料具有較高抗壓強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。 盡管 在實(shí)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(yīng)力、 剪應(yīng)力和拉應(yīng)力的復(fù)合

4、 作用，但是，單軸抗壓試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室中最容易進(jìn)行， 由標(biāo)準(zhǔn)單軸抗壓試驗(yàn)測定的 28d 抗壓強(qiáng) 度已被廣泛接受，作為混凝土的強(qiáng)度通用指標(biāo)。3.3 強(qiáng)度與孔隙率一般情況，固體材料的孔隙率和強(qiáng)度成反比，對于簡單的均質(zhì)材料，可用式子 3 - 1 表達(dá)：S=S0e-kp（3 - 1）式中 S:為孔隙率為p是材料的抗壓強(qiáng)度；So:孔隙率為零時的本征強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的水泥、蒸壓養(yǎng)護(hù)的水泥和不同骨料的孔隙率與強(qiáng)度 的關(guān)系。實(shí)際上，這種強(qiáng)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(qiáng)度/MPa(b) 相對強(qiáng)度。鋯、鐵、熟石膏、燒結(jié)氧化鋁(c) 立方體強(qiáng)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(xì)管孔隙率(%)孔隙率(%)膠孔比x(a)(b)(c)(a)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)水泥制品，蒸壓養(yǎng)護(hù)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(fù)雜，無 法用精確地強(qiáng)度一孔隙率關(guān)系來預(yù)測混凝土強(qiáng)度。 然而，強(qiáng)度一孔隙率關(guān)系的普 適

7、性必須硬氣重視，因?yàn)榛炷粮黜?xiàng)(包括界面過渡區(qū))的孔隙率確實(shí)會限制強(qiáng) 度。用常規(guī)的低孔隙率或高強(qiáng)度骨料配置的混凝土，其強(qiáng)度將由基體和界面過渡區(qū)的強(qiáng)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(yīng)力作用下的破壞方式非常復(fù)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(qiáng)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(kuò)展和聯(lián)通，導(dǎo)致脆性破壞。受 壓時，由于基體中裂紋的形成

8、和擴(kuò)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(diǎn)是，在單軸抗壓試驗(yàn)中，中、低強(qiáng)度的混凝土在破壞應(yīng)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(yīng)力水平時，裂紋在基體內(nèi)產(chǎn)生，在其數(shù)量和大小隨應(yīng)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(qiáng)度及影響因素混凝土所承受外加應(yīng)力的能力不僅取決于應(yīng)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(shí)程度和養(yǎng)護(hù)條件。從強(qiáng)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?yàn)樗灰蕾囉谄渌蛩?，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(dú)立結(jié)構(gòu)相（基體和界面過渡區(qū)）的孔隙率是不切實(shí)際的， 因而也無法得到測試混凝土強(qiáng)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(yàn)關(guān)系，為實(shí)際應(yīng)用提供了很多有關(guān)影響抗壓強(qiáng)度很多因素的簡介 信息。雖然混凝土對于外加應(yīng)力的反應(yīng)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(jìn)行討論： 材料特征與配合比；養(yǎng)護(hù)條件;試驗(yàn)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(shè)計強(qiáng)度的原材料及其配合比?；炷僚渲貌牧系某煞趾托再|(zhì)在后面會有介紹， 把一些有關(guān)的重要的混凝