水泥混凝土抗折强度与抗压强度的关系.doc

普通混凝土的技术性质（中篇）

二、硬化混凝土的性能

（一）混凝土的强度

强度是硬化混凝土最重要的性质，混凝土的其他性能与强度均有密切关系，混凝土的强度也是配合比设计、施工控制和质量检验评定的主要技术指标。混凝土的强度主要有抗压强度、抗折强度、抗拉强度和抗剪强度等。其中抗压强度值最大，也是最主要的强度指标。

1．混凝土的立方体抗压强度和强度等级。根据我国《普通混凝土力学性能试验方法》（GBJ81—85）规定，立方体试件的标准尺寸为150mm×150mm×150mm；标准养护条件为温度20±3℃，相对湿度90%以上；标准龄期为28天。在上述条件下测得的抗压强度值称为混凝土立方体抗压强度，以表示。其测试和计算方法详见试验部分。

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002），混凝土的强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，混凝土立方体抗压强度标准值系指标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期用标准方法测得的具有95%保证率的抗压强度。钢筋混凝土结构用混凝土分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14个等级。根据《混凝土质量控制标准》（GB50164－1992）的规定，强度等级采用符号C和相应的标准值表示，普通混凝土划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60共12个强度等级。如C30表示立方体抗压强度标准值为30MPa，亦即混凝土立方体抗压强度≥30MPa的概率要求95%以上。

混凝土强度等级的划分主要是为了方便设计、施工验收等。强度等级的选择主要根据建筑物的重要性、结构部位和荷载情况确定。一般可按下列原则初步选择：

（1）普通建筑物的垫层、基础、地坪及受力不大的结构或非永久性建筑选用C7.5～C15。

（2）普通建筑物的梁、板、柱、楼梯、屋架等钢筋混凝土结构选用C20～C30。

（3）高层建筑、大跨度结构、预应力混凝土及特种结构宜选用C30以上混凝土。

2．轴心抗压强度。轴心抗压强度也称为棱柱体抗压强度。由于实际结构物（如梁、柱）多为棱柱体构件，因此采用棱柱体试件强度更有实际意义。它是采用150mm×150mm ×（300～450）mm的棱柱体试件，经标准养护到28天测试而得。同一材料的轴心抗压强度小于立方体强度，其比值大约为=0.7～0.8。这是因为抗压强度试验时，试件在上下两块钢压板的摩擦力约束下，侧向变形受到限制，即“环箍效应”其影响高度大约为试件边长的0.866倍，如图4-8。因此立方体试件整体受到环箍效应的限制，测得的强度相对较高。而棱柱体试件的中间区域未受到“环箍效应”的影响，属纯压区，测得的强度相对较低。当钢压板与试件之间涂上润滑剂后，摩擦阻力减小，环箍效应减弱，立方体抗压强度与棱柱体抗压强度趋于相等。

图4-8 钢压板对试件的约束作用

3．抗拉强度。混凝土的抗拉强度很小，只有抗压强度的1/10～1/20，混凝土强度等级越高，其比值越小。为此，在钢筋混凝土结构设计中，一般不考虑承受拉力，而是通过配置钢筋，由钢筋来承担结构的拉力。但抗拉强度对混凝土的抗裂性具有重要作用，它是结构设计中裂逢宽度和裂缝间距计算控制的主要指标，也是抵抗由于收缩和温度变形而导致开裂的主要指标。

用轴向拉伸试验测定混凝土的抗拉强度，由于荷载不易对准轴线而产生偏拉，且夹具处由于应力集中常发生局部破坏，因此试验测试非常困难，测试值的准确度也较低，故国内外普遍采用劈裂法间接测定混凝土的抗拉强度，即劈裂抗拉强度。

劈拉试验的标准试件尺寸为边长150mm的立方体，在上下两相对面的中心线上施加均布线荷载，使试件内竖向平面上产生均布拉应力，如图4-9。

图4-9 劈裂抗拉试验装置示意图

此拉应力可通过弹性理论计算得出，计算式如下：

（4-8）

式中：

——混凝土劈裂抗拉强度（MPa）；

P——破坏荷载（N）；

A——试件劈裂面积（mm2）。

劈拉法不但大大简化了试验过程，而且能较准确地反应混凝土的抗拉强度。试验研究表明，轴拉强度低于劈拉强度，两者的比值约为0.8～0.9。在无试验资料时，劈拉强度也可通过立方体抗压强度由下式估算：

（4-9）

4．抗折强度。道路路面或机场道面用水泥混凝土通常以抗折强度为主要强度指标，抗压强度仅作为参考指标。根据我国《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012—94）规定，不同交通量分级的水泥混凝土计算抗折强度如表4-14。道路水泥混凝土抗折强度与抗压强度的换算关系如表4-15。

表4-14 路面水泥混凝土计算抗折强度

交通量分级特重重中等轻

混凝土计算抗折强度（MPa）5.05.04.54.0

表4-15 道路水泥混凝土抗折强度与抗压强度的关系

抗折强度（MPa）4.04.55.05.5

抗压强度（MPa）25.030.035.540.0

道路水泥混凝土的抗折强度标准试件尺寸为150mm×150mm×550mm的小梁，在标准条件下养护28天，按三分点加荷方式（如图4-10）测定抗折破坏荷载，根据下式计算抗折强度：

（4-10）

式中：

——破坏荷载（N）；

L——支座间距（mm）；

b、h——试件的宽度和高度（mm）。

如采用跨中单点加荷得到的抗折强度，应乘以折算系数0.85。

图4-10 路面混凝土三分点抗折试验装置示意图

5．影响混凝土强度的主要因素。影响混凝土强度的因素很多，从内因来说主要有水泥强度、水灰比和骨料质量；从外因来说，则主要有施工条件、养护温度、湿度、龄期、试验条件和外加剂等等。分析影响混凝土强度各因素的目的，在于可根据工程实际情况，采取相应技术措施，提高混凝土的强度。

（1）水泥强度和水灰比：混凝土的强度主要来自水泥石以及与骨料之间的粘结强度。水泥强度越高，则水泥石自身强度及与骨料的粘结强度就越高，混凝土强度也越高，试验证明，混凝土与水泥强度成正比关系。

水泥完全水化的理论需水量约为水泥重的23%左右，但实际拌制混凝土时，为获得良好的和易性，水灰比大约在0.40～0.65之间，多余水分蒸发后，在混凝土内部留下孔隙，且水灰比越大，留下的孔隙越大，使有效承压面积减少，混凝土强度也就越小。另一方而，多余水分在混凝土内的迁移过程中遇到粗骨料时，由于受到粗骨料的阻碍，水分往往在其底部积聚，形成水泡，极大地削弱砂浆与骨料的粘结强度，使混凝土强度下降。因此，在水泥强度和其他条件相同的情况下，水灰比越小，混凝土强度越高，水灰比越大，混凝土强度越低。但水灰比太小，混凝土过于干稠，使得不能保证振捣均匀密实，强度反而降低。试验证明，在相同的情况下，混凝土的强度（）与水灰比呈有规律的曲线关系，而与灰水比则成线性关系。如图4-11所示，通过大量试验资料的数理统计分析，建立了混凝土强度经验公式（又称鲍罗米公式）：

4-11 混凝土强度与水灰比及灰水比的关系

（4-11 ）

式中：

——混凝土的立方体抗压强度（MPa）：

——混凝土的灰水比；即1m3混凝土中水泥与水用量之比，其倒数即是