第三章 混凝土的强度与破坏

第三章混凝土的强度与破坏Strength and Failure of Conrete

问题

n强度高的混凝土有哪些优点？有哪些用途？

n什么样的结构（什么时候）要求混凝土强度迅速增长？强度发展过快可能会产生什么弊病?

在混凝土的所有性能中，为什么总是首先关心其强度

1) 作为一种结构工程材料，承载力备受关注，因此混凝土的强度通常总是首先要评价的性质。

2）易于评价。

3）与其它性能有密切关系

kp

e

f f −=

03.1 强度—孔隙率的关系

对于匀质材料（如硬化水泥浆）：

式中：f 0是孔隙率0时本征强度,

p 是孔隙率，k 是常数。

而混凝土存在过渡区，强度不

仅受骨料强度和硬化浆体的强度

（孔隙率）有关，还与界面过渡

区薄弱程度密切相关。硬化水泥浆体毛细孔隙率与抗压强度关系

Power ’s model ：胶空比（凝胶空间比）—砂浆强

度关系

Power ’s model ：孔隙

率—净浆强度关系

f =f 0(1-p)

3

不同混凝土孔隙率的比较

3.2 混凝土的破坏模式

l混凝土内部存在形状、尺寸不同的孔隙、微裂纹；浆体与骨料间存在薄弱的过渡区。混凝土荷载作用下的的破坏过复杂且随应力类型而异。

l单轴拉伸作用下，基体中裂缝的出现和发展所需能量很小，所以过渡区原生微裂缝和基体中形成的新裂缝扩展和连通很快，发生脆性破坏。

l单轴压缩荷载下，脆性较小。一般荷载达到破坏应力的50%前，基体中没有新裂缝出现，但在过渡区形成了稳定的剪切—粘结裂缝体系，应力继续增加，基体中出现新裂缝，大小和数量随应力的增大逐渐发展，最后基体的新裂缝与过渡区的剪切—粘结裂缝相互连通起来就出现破坏。

混凝土在单向压缩下的应力—应变关系(①界面裂缝无明显变化；②界面粘结裂缝扩展；

③基体出现新裂缝和连续裂缝；④基体裂缝和界面裂缝连通、扩展)

•普通混凝土，断裂沿骨料表面发生，过渡区是薄弱区域。

•高强混凝土砂浆和过渡区得到加强，断裂有可能穿过骨料发生。

1）水灰比（water/cement ratio ）Abrams 定则：f c =k 1/(k 2w /c )

k 1、k 2是常数，取决于混凝土的龄期、组成材料及测定方法等因素。

3.3 抗压强度及其影响因素

1．材料的特性与配比

Characteristics and Proportions of Materials

2)水泥品种和等级

水泥的强度等级与混凝土强度的关系：

f cu =A f

ce

（C/W－B）

式中f

cu

—混凝土28d龄期的抗压强度（MPa）；

C/W—灰水比；

f ce—水泥28d龄期实际抗压强度（MPa）。

在无法取得水泥实际强度时，可用式

f ce=γc·f ce

g 代入，

其中f

ce,g 为水泥强度等级值，γ

c

为水泥强度等级值的富

余系数（一般为1.13）。

碎石混凝土A＝0.53 B＝0.20

卵石混凝土A＝0.49 B＝0.13

•颗粒强度•最大粒径：水灰比较大，骨料最大粒径对强度影响不明显；而水灰比降低（强度提高），影响逐渐增大。

•粒形、级配（颗粒分布）：影响大，易忽视。•骨料表面构造（粗糙度）骨料强度>1.5倍混凝土强度，

对普通混凝土的强度影响不大

3）骨料

骨料最大粒径（D

)

max

4) 拌合水

5）化学外加剂

减水剂

速凝剂

缓凝剂

早强剂引气剂等

6）矿物掺合料（辅助胶凝材料）：降低水泥石和界面孔隙，改善界面粘结，一般提高后期强度。

由于混凝土技术的发展，在20多年里：水灰比（水胶比）从> 0.5降低到0.15~0.30；素混凝土28天抗压强度从~30MPa 提高到>100MPa!

含气量的影响。

2. 浇注（Placing）

3. 养护

•在混凝土硬化过程中，人为地改变混凝土体周围环境的温度与湿度条件，使其微结构和性能达到所需要的结果，称为对混凝土的养护。

长时间。

毛细管阻断所需时间与水灰比的关系

胶凝材料的水化反应需要水分的参与，如果没有充分的水分供应，水化反应将很快停止。特别是在水化初期，湿养护非常重

要。

胶凝材料的水化反应速度随温度升高而加大。

反应速度过快，形成的浆体结构

较为疏松，后期强度下降。

养护温度对强度的影响

Why?

•与实验室内标准状态下养护的试件相比，实际结构内的混凝土常表现出较高的早期强度和较低的后期强度。

4．试验参数

1)试件尺寸；

2)试件形状；

3)试件表面干湿状态；

4)加载速率、承载时间；

5)试验机的刚度等。

影响强度试验值，而不是实际混凝土强度！

1)试件尺寸2)试件

形状•当试件受压面积（a ×a ）相

同时，h/a 越大，测得的强度

越小。

•试件尺寸越小，测得的强

度越高，反之亦然。

a

试验破坏不后残

存的棱锥体受压板约束时试件破坏情况

涂油

摩擦力压板表面约束

3)试件表面状态

•当试件受压面上有油脂类润滑剂时，试件受压时的环箍效应大大减小，试件将出现直裂破坏，测出的强度值也较低。