淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性

1、建議提高混凝土強(qiáng)度和耐久性指標(biāo) 二灘拱壩原設(shè)計(jì)最大主壓應(yīng)力為8.6Mpa，運(yùn)行幾年后，實(shí)測(cè)的最大壓應(yīng)力達(dá)11.9Mpa，為原設(shè)計(jì)的1.38倍，而拉應(yīng)力原設(shè)計(jì)為-0.90Mpa，運(yùn)行幾年后實(shí)測(cè)的最大拉應(yīng)力達(dá)-3.56Mpa，為原設(shè)計(jì)的3.95倍； 以上情況告訴我們，混凝土的抗壓強(qiáng)度必須要有足夠余量，抗拉強(qiáng)度更要有富余量。 建議提高混凝土強(qiáng)度指標(biāo) 我國(guó)原拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范：混凝土的強(qiáng)度除以最大主壓應(yīng)力，等于4（即為安全系數(shù)，齡期90d，試件尺寸20cm立方體），如果試件尺寸為15cm立方體，則應(yīng)取安全系數(shù)K 4.2； 現(xiàn)時(shí)我國(guó)一些高拱壩的混凝土抗壓強(qiáng)度安全系數(shù)取K 4，試件尺寸15cm立方體，齡期180

2、d，安全系數(shù)比90d齡期的還要小。 建議提高混凝土強(qiáng)度指標(biāo) 根據(jù)二灘大壩實(shí)際的混凝土抗壓強(qiáng)度反饋折算成 15cm立方體試件的抗壓強(qiáng)度，分別計(jì)算180d和90d 齡期的設(shè)計(jì)最大主壓應(yīng)力和實(shí)測(cè)的最大壓應(yīng)力的安 全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果： 提高混凝土耐久性指標(biāo) 抗凍指標(biāo) 抗?jié)B指標(biāo) 極限拉伸值 水膠比 提高混凝土抗凍指標(biāo) 在北方氣溫低，至少應(yīng)取F300或更高些，正如前面介紹的，蘇聯(lián)的薩揚(yáng)舒申斯克壩抗凍指標(biāo)F400，而瑞士的莫瓦桑壩為F1000，康特拉壩為F5000，混凝土中摻適量的引氣劑，含氣量達(dá)到45%，是容易達(dá)到高抗凍融指標(biāo)的。 有引氣的混凝土，凍融300次循環(huán)，其相對(duì)動(dòng)彈性模量仍還在95%以上，而沒(méi)有引

3、氣的混凝土在凍融75次以后，其相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到規(guī)定的60%。 提高混凝土抗凍指標(biāo) 摻引氣劑混凝土還有減少堿骨料反應(yīng)引起膨脹的功能，可以提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕作用； 試驗(yàn)表明，摻氣的混凝土不僅可以提高其抗凍融能力，而且還可提高其抗?jié)B能力，如混凝土中含氣量達(dá)4.8%時(shí)，其滲透系數(shù)只有沒(méi)摻氣劑混凝土的1/5。 提高混凝土抗?jié)B指標(biāo) 康特拉壩（220m高），對(duì)混凝土抗?jié)B要求為：2倍水頭作用下，試件不滲水，相當(dāng)于W40以上。美國(guó)規(guī)定混凝土滲透系數(shù)K 1.5×10-9cm/s，相當(dāng)于我國(guó)抗?jié)B指標(biāo)W12。 建議我國(guó)對(duì)于高拱壩混凝土的抗?jié)B指標(biāo)應(yīng)大于W12，對(duì)于引水建筑物中與水接觸的混凝土抗?jié)B指標(biāo)也

4、應(yīng)達(dá)到W12。 混凝土的極限拉伸值 影響因素很多，特別是骨料的類(lèi)別影響大，如灰?guī)r骨料的混凝土，它的極限拉件值90d齡期可大于1.2×10-4，二灘的正長(zhǎng)巖骨料混凝土的極限拉件值90d齡期的 （1.07-1.17）×10-4；但有的玄武巖骨料混凝土的極限拉伸值，180d齡期也難達(dá)到大于1.1×10-4。 建議高拱壩混凝土90d齡期的極限拉伸值1.0×10-4。 控制水膠比 國(guó)外一些高拱壩混凝土的水膠比 0.50；美國(guó)ACI建議：暴露在淡水中混凝土的水灰比0.48，暴露在海水中混凝土的水灰比0.44。 為了保證高拱壩混凝土的強(qiáng)度和耐久性，建議必須嚴(yán)格控制水膠

5、比 0.50，發(fā)電引水隧洞混凝土的水膠比，也不要超過(guò)0.50。 不同骨料對(duì)混凝土性能的影響 影響強(qiáng)度 影響極限拉伸值 影響彈性模量 影響徐變度 影響線脹系數(shù) 骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響 碎石比河卵石混凝土強(qiáng)度提高10%，河卵石的比表面積約為碎石的80%，因此碎石混凝土要比河卵石混凝土多用膠凝材料。 骨料的母巖濕抗壓強(qiáng)度要為混凝土配合比強(qiáng)度的1.5倍和大于60MPa。 骨料對(duì)混凝土極限拉伸值的影響 石灰?guī)r骨料混凝土比二灘正長(zhǎng)巖混凝土的極限拉伸值約高5%,比河卵石混凝土極限拉伸值約高13%。 二灘同標(biāo)號(hào) 30MPa 的白云巖骨料混凝土的極限拉伸值只有二灘正長(zhǎng)巖混凝土的極限拉伸值的55%。 骨料對(duì)混凝土

6、彈性模量、徐變度的影響 白云巖骨料混凝土的彈性模量比正長(zhǎng)巖骨料混凝土的彈性模量高約55%63%。 正長(zhǎng)巖骨料混凝土的徐變度比白云巖骨料混凝土徐變度大30%以上。 骨料對(duì)混凝土膨脹性的影響 白云巖骨料混凝土的線脹系數(shù)比正長(zhǎng)巖混凝土的線脹系數(shù)大22%。 活性骨料會(huì)對(duì)混凝土的體積產(chǎn)生脹裂破壞作用,只要采取工程措施即可控制。 結(jié) 語(yǔ) 混凝土工程是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,要使混凝 土建筑物能在設(shè)計(jì)要求的期限內(nèi)安全運(yùn)行,無(wú)論是勘 測(cè)設(shè)計(jì),混凝土原材料選擇,混凝土配合比,施工質(zhì)量控 制,施工組織管理,施工監(jiān)理,業(yè)主等都要緊密配合,而 其中最重要的是作好設(shè)計(jì)工作,設(shè)計(jì)是工程的龍頭,而 混凝土施工的每道工序都必

7、須嚴(yán)格控制，嚴(yán)格遵守 施工規(guī)范，混凝土的質(zhì)量應(yīng)完全滿足設(shè)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo) 要求。 謝謝大家！ 歡迎批評(píng)指正。 第 * 頁(yè) 第 * 頁(yè) <B style='color:black;background-color:#ffff66'>淺談</B>混凝土強(qiáng)度和耐久性李嘉進(jìn)2008年8月 內(nèi)容提要 混凝土強(qiáng)度的主要影響因素 混凝土耐久性的主要影響因素 工程實(shí)際中的一些問(wèn)題 對(duì)我國(guó)壩工設(shè)計(jì)中混凝土強(qiáng)度安全度和耐久性指標(biāo)的建議 不同骨料對(duì)混凝土性能影響 混凝土強(qiáng)度的主要影響因素 水泥 水灰比 養(yǎng)護(hù)條件 粉煤灰摻量 混凝土試件尺寸和形狀 水泥對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響 混凝土的強(qiáng)度

8、與水泥的強(qiáng)度等級(jí)成正比，也與水灰 比成正比，而水泥的強(qiáng)度取決于其化學(xué)成分和其各 礦物組成與比例以及水化程度。 水灰比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響 在其它條件相同時(shí)，水灰比越小，混凝土抗壓強(qiáng)度越高。 二灘大壩混凝土水膠比與抗壓強(qiáng)度（Mpa）和齡期（d）關(guān)系 注：（1）膠材用量（含30%粉煤灰）； （2）試件為20cm立方體； （3）齡期長(zhǎng)，混凝土的抗壓強(qiáng)度也高。 不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響 混凝土試件在空氣中養(yǎng)護(hù)是收縮的，特別是在濕度 50%的更甚，而在潮濕狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)是呈膨脹狀態(tài)。 試驗(yàn)表明：在空氣中養(yǎng)護(hù)的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度只有在潮濕狀態(tài)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度的50%70%。 混凝土澆筑完的初凝后即進(jìn)行養(yǎng)

9、護(hù)是非常重要的，即要保持混凝土表面潮濕狀態(tài)。 粉煤灰摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響 二灘大壩混凝土摻粉煤灰抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)表明，長(zhǎng)齡期（二年）混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)摻量超過(guò)60%時(shí)，對(duì)強(qiáng)度有影響，而摻50%粉煤灰，2年齡斯的抗壓強(qiáng)度仍高于不摻粉煤灰混凝土試件強(qiáng)度的11%。 三峽大壩混凝土摻粉煤灰試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表明：水膠比相同（0.45）粉煤灰摻量分別為20%和30%，28d的抗壓強(qiáng)度摻30%和煤灰試件抗壓強(qiáng)度只有摻20%粉煤灰試件強(qiáng)度的86.9%；90d齡期的強(qiáng)度兩者持平，180d齡期至5年的齡期，摻30%粉煤灰的試件強(qiáng)度比摻20%粉煤灰試件的強(qiáng)度高約9.6%。 混凝土試件尺寸和形狀對(duì)強(qiáng)度的影響 混凝土試

10、件尺寸大的抗壓強(qiáng)度比試件小的抗壓強(qiáng)度低。當(dāng)試件尺寸大到一定程度后，其抗壓強(qiáng)度相差就很小了。 試件形狀對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響 ： 15cm×30cm 0.80RC15 15cm×30cm 0.84RC20 45cm×90cm （0.71-0.82）15cm×30cm 45cm×90cm （0.568-0.65）R C15 混凝土原級(jí)配大試件直拉強(qiáng)度與濕篩后標(biāo)準(zhǔn)試件（小試件）的直拉強(qiáng)度的比值約0.66： RL45cm 0.66RL10 多軸受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 試驗(yàn)表明：雙軸、三軸受壓狀態(tài)的混凝土試件抗壓強(qiáng)度都高于單軸受壓的強(qiáng)度，但是拉壓受力狀態(tài)的混凝

11、土抗壓強(qiáng)度隨著拉應(yīng)力的提高而降低，反之，隨著壓應(yīng)力的增大，而其抗拉強(qiáng)度也隨之相應(yīng)的降低。 雙軸受壓的抗壓強(qiáng)度 試驗(yàn)表明： 當(dāng)側(cè)向壓力與單軸抗壓強(qiáng)度的比值 0.35，雙向壓力表示如下： 三軸受壓時(shí)的混凝土試件抗壓強(qiáng)度 三軸抗壓強(qiáng)度隨著側(cè)向壓力的加大而提高，最高可 達(dá)單軸抗壓強(qiáng)度的6倍以上。 拉-壓受力狀態(tài)下的混凝土試件強(qiáng)度 試驗(yàn)表明，其關(guān)系為 ： 混凝土的不連續(xù)點(diǎn)的強(qiáng)度 混凝土單軸抗壓強(qiáng)度，在應(yīng)力為其極限強(qiáng)度的60% 以內(nèi)時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，當(dāng)應(yīng)力大于極限強(qiáng) 度60%以后，約在60%70%時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變不呈線性 關(guān)系，此點(diǎn)即所謂不連續(xù)點(diǎn)強(qiáng)度；雙軸、三軸受壓 的不連續(xù)點(diǎn)、強(qiáng)度約在70%左右，單拉

12、、拉壓、拉 壓壓不連續(xù)點(diǎn)強(qiáng)度約在80%左右。 長(zhǎng)期荷載與瞬間荷載混凝土強(qiáng)度關(guān)系 朱伯芳院士的文稱：“同樣的混凝土試件，如用常規(guī) 速度加荷的強(qiáng)度為P，那么施加0.9P到1小時(shí)左右破 壞；施加0.77P，1年左右破壞；施加0.7P，30年左 右破壞”。也有些資料稱，長(zhǎng)期荷載與短期（常規(guī)速 度）荷載的抗壓強(qiáng)度關(guān)系為0.70-0.80。 混凝土的容許使用強(qiáng)度 根據(jù)混凝土的試件尺寸、受力狀態(tài)、加荷速度、不 連續(xù)強(qiáng)度，可以建立混凝土的容許使用抗壓強(qiáng)度和 容許使用抗拉強(qiáng)度如下： 混凝土的容許使用強(qiáng)度 如果單軸受壓的混凝土容許使用強(qiáng)度簡(jiǎn)化為 Bc×Rc；單軸抗拉的混凝土容許使用強(qiáng)度簡(jiǎn)化為 Bt

13、15;Rt，我們可以得到不同試件的Bc和Bt，其關(guān)系 如下： 45cm×90cm圓柱體的Bc 0.525， Bt 0.763（軸拉） 15cm×30cm圓柱體的Bc 0.402， Bt 0.565（剪拉） 15cm15cm15cm立方體的Bc （0.278-0.315）,Bt 0.505（剪拉） 混凝土的容許使用強(qiáng)度 以15 cm立方體為例，如果設(shè)計(jì)混凝土的抗壓強(qiáng)度等級(jí)為C50，那末容許使用的抗壓強(qiáng)度（0.2780.318）×50 13.915.9 Mpa 設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40時(shí)，容許使用的抗壓強(qiáng)度（11.1212.72）Mpa；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30時(shí)，容許使用的抗壓強(qiáng)度（8.259.54）Mpa。最大的主拉應(yīng)力只容許使用混凝土極限抗拉強(qiáng)度的1/2。 混凝土耐久性的主要影響因素 抗凍性 抗?jié)B性 抗裂能力 抗碳化性能 堿骨料反應(yīng) 混凝土的抗凍性 抗凍融指標(biāo)低的混凝土，經(jīng)過(guò)二、三十年運(yùn)行后， 表層以下10cm100cm的混凝土即已失去了強(qiáng)度， 需要挖除修補(bǔ)，當(dāng)然混凝土