土木工程材料学习课件混凝土强度总结

重庆綦江彩虹桥
Cement Concrete
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Cement Concrete 钢筋混凝土柱的破坏状态
预存缺陷的存在



水泥强度和水灰比是决定混凝土强度最主要的因素。 水灰比不变时，水泥强度越高，则硬化水泥石强度越 大，对骨料的胶结力也就越强，配制成的混凝土强度 也就愈高。 水泥强度相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度 愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度愈高。 但水灰比过小，拌和物过于干稠，在一定的施工振捣 条件下，混凝土不能被振捣密实，出现较多的蜂窝、 孔洞，反将导致混凝土强度严重下降。
对硬化后的水泥混凝土结构，在未受荷载之前， 由于原因，在混凝土结构内部已存在孔缝系统。 混凝土结构受荷下的破坏，主要是原有孔缝系 统的延伸、联生和扩大。 混凝土内多余水分的泌水、蒸发形成的毛细孔； 温度的变化引起的温度裂缝； 湿度变化引起的干缩裂缝； 砂浆和粗骨料之间的不一致变化产生的界面裂 缝等。
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Ⅲ 抗折试验 Flexural Test
拉
压
P
fb
L/3
L/3
L/3
Cement Concrete fb = PL / bd2 b×d=截面积
劈裂抗拉强度与其它强度的比较
试验证明，在相同条件下，混凝土用轴拉法测 得的轴拉强度，较用劈裂法测得的劈裂抗拉强 度略小，二者比值约为0.9。 混凝土的劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体抗 压强度（fcu）之间的关系，可用经验公式表达 如下：

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抗拉强度的测定
早期——轴向拉伸法。存在荷载不易对准轴线，夹具 处常发生局部破坏，致使准确测试困难； 现行——劈裂抗拉强度试验法。间接地得出混凝土的 抗拉强度，称为劈裂抗拉强度fts； 公路——抗折强度法。 试件： 边长为150mm的立方体或圆柱体作为标准试件。 该法的原理——是在试件的两个相对的表面素线上， 施加均匀分布的压力，这样就能在外力作用的竖向平 面内产生均匀分布的拉应力，该应力可以根据弹性理 论计算得出。

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轴心抗压强度试验示意图 Cement Concrete
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HSC
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NSC
普 通 混 凝 土
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高 强 混 凝 土
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a
试件形状示意图 a
2a
a
圆柱体 （美、法、日）
立方体 （英、德、中）
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砼强度等级

依据混凝土立方体抗压强度标准值（以fcu.k表 示），将混凝土划分为十四个强度等级：
C15 、 C20 、 C25 、 C30 、 C35 、 C40 、 C45 、 C50 、 C55 、 C60 、 C65 、 C70 、 C75和C80
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混凝土破坏的断面形式
分：
骨料剥离型 骨料破裂型 粘结界面破坏型 混凝土强度关系式 fcu=f(骨料强度、水泥石强度、界面强度)
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受力作用破坏类型
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破 坏 断 面 图
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1、水泥强度与水灰比
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温度影响



养护温度高，水泥水化速度加快，混凝土强度的发展 也快； 在低温下混凝土强度发展迟缓。当温度降至冰点以下 时，则由于混凝土中水分大部分结冰，不但水泥停止 水化，混凝土强度停止发展，而且由于混凝土孔隙中 的水结冰产生体积膨胀（约9％），而对孔壁产生相当 大的压应力（可达100MPa），从而使硬化中的混凝土 结构遭受破坏，导致混凝土已获得的强度受到损失。 混凝土早期强度低，更容易冻坏。 冬季施工时，要特别注意保温养护，以免混凝土早期 受冻破坏。
在无法取得水泥实际强度时，可用式 fce=γ. fce.k代入， 其中fce.k为水泥标号，γ为水泥标号值的富余系数（一般为1.13）。 Cement Concrete
A、B——经验系数（骨料系数）


A、B——经验系数，与骨料品种及水泥品种等因素有关， 其数值通过试验求得。若无试验统计资料，则可按《普 通混凝土配合比设计规程》（ JGJ55 － 2000 ）提供的 A 、 B经验系数取用： 采用碎石 A＝0.46 B＝0.07 采用卵石 A＝0.48 B＝0.33 公式的适用范围：只适用于流动性混凝土及低流动性混 凝土，对于干硬性混凝土则不适用。 混凝土强度公式的应用：可根据所用的水泥强度和水灰 比来估计所配制混凝土的强度，也可根据水泥强度和要 求的混凝土强度等级来计算应采用的水灰比。
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Cement Concrete 强度与水灰比的关系示意图
图3-6 龄期与水灰比对混凝土强度的影响
砼强度与W/C、水泥强度等的经验公式
fcu=Afce（C/W—B）
式中 fcu ———混凝土28d龄期的抗压强度（Mpa）； C————每立方米混凝土中水泥用量（Kg）； W————每立方米混凝土中水的用量（Kg）； C/W———混凝土的灰水比； fce———水泥的实际强度（Mpa）。

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P Ⅰ 直拉试验
Tension Testing
ft = P/A
横截面积为A P
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直拉试验示意图
直拉试验
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混 凝 土 受 拉 伸
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2.4Mpa
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轴心抗压强度试件
根据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》 （GB/T 50081-2002）的规定，轴心抗压强度采 用： 150mm×150mm×300mm的棱柱体 高宽比（h/a＝2～3）的非标棱柱体试件 棱柱体试件轴心抗压强度 fcp 比同截面的立方体 抗压强度值fcu小，棱柱体试件高宽比h/a越大， 轴心抗压强度越小，但当h/a达到一定值后，强 度不再降低。 在立方体抗压强度 fcu ＝ 10 ～ 55Mpa 范围内，轴 心抗压强度fcp≈（0.70～0.80）fcu。Βιβλιοθήκη Cement Concrete
2、轴心抗压强度（fcp）
原因： 确定混凝土强度等级采用立方体试件，但实际 工程中钢筋混凝土结构形式极少是立方体的， 大部分是棱柱体型或圆柱体型。 为了使测得的混凝土强度接近与混凝土结构的 实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴 心受压构件（例如柱子、桁架的腹杆等）时， 都是采用混凝土的轴心抗压强度fcp作为计算依 据。
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一、混凝土强度的分类
包 括： 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 抗剪强度 与钢筋的粘结强度等。
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1、砼的抗压强度与强度等级
定义： 混凝土的抗压强度是指标准试件在压力作用 下直到破坏的单位面积所能承受的最大应力 （亦称极限强度）。 混凝土结构物常以抗压强度为主要参数进行设 计，而且抗压强度与其它强度及变形有良好的 相关性，因此，抗压强度常作为评定混凝土质 量的指标，并作为确定强度等级的依据。
Ⅱ
劈裂抗拉试验 Splitting Test
P
d
fts
受 拉
fts = 2P/πdl
l-试件长度
P
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立方试件的劈裂抗拉强度计算公式
2P P f ts 0.637 A A
式中 fts———混凝土劈裂抗拉强度（Mpa）； P————破坏荷载（N）； A————试件劈裂面积（mm）。
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影响钢筋与砼粘结强度的因素
混凝土质量－与混凝土抗压强度成正比。 钢筋尺寸及变形钢筋种类； 加载类型（受拉钢筋或受压钢筋）； 干湿变化、温度变化等。
钢筋在砼中的位置（水平钢筋或垂直钢筋）；
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粘结强度的评定
美国材料试验学会（ ASTM C234 ）拔出试验 方法： 混凝土试件为边长 150mm 的立方体，其中埋 入 φ19mm 的标准变形钢筋，试验时以不超过 34Mpa/min的加荷速度对钢筋施加拉力，直到 钢筋发生屈服； ＆混凝土劈开； ＆加荷端钢筋滑移超过2.5mm。 记录出现上述三种任一情况时的荷载值 P ，用 下式计算混凝土与钢筋的粘结强度。
4.3 混凝土的强度与破坏
混凝土强度的意义： 强度是混凝土最重要的力学性质，混凝土主要 用于承受荷载或抵抗各种作用力。 混凝土强度与混凝土的其它性能关系密切，一 般来说，混凝土的强度愈高，其刚性、不透水 性、抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也愈高， 通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量。
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立方体标准试件

依据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》 （GB/T 50081-2002）： 150mm×150mm×150mm的标准立方体试件， 在标准条件（温度20±3℃，相对湿度90％以 上）下，养护到28d龄期，所测得的抗压强度 值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示。