普通混凝土硬化后的性质

1）
W/C
W/C 在一定范围内
强度
w/c 过小
2）
W/C
强度
15
16
C f cu Af ce B W

式中fcu,——混凝土28天抗压强度, ＭＰa； fce——水泥的实际强度,ＭＰa； Ｃ／Ｗ——灰水比； A,B为回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，其数值 可通过试验求得。《普通混凝土配合比设计规程》提供的 经验值为： 采用碎石：A=0.46、B=0.07 采用卵石：A=0.48、B=0.33。 公式应用：
•
f fn ＝ 28 lgn lg28
n≥3
式中： MPa。
fn、f28——分别为n、28天龄期的抗压强度，
18
公式应用：
1）由所测混凝土早期强度估算28天强度；
2）由28天的强度，推算28天前混凝土达到某一
强度需要的养护天数。例如确定混凝土拆模、构 件吊装、放松预应力钢筋、混凝土预制品养护出 厂等日期。
收缩对结构的影响：
自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂 约束收缩产生收缩应力甚至开裂
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2、混凝土在荷载作用下的变形
（1）在短期荷载下的变形 结构设计时，砼弹性模量的测定方
法－－静力受压弹性模量E 。 砼强度越高，E越高。
（2）徐变－－砼在长期恒定荷载作用下随时间的增加而产生的 变形。
变形原因：主要是胶凝体的粘性流动和滑移。在荷载长期作用下，
（2）温度变形 温度变化10C，每米砼膨胀0.01毫米。对大体 积砼不利。混凝土的体积同样有热胀冷缩的性质，当温度变形 受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生温度应力。 当应力造成变形差较大时，将会造成表层混凝土开裂。 为降低危害设置伸缩缝、分仓缝等。
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（3）干湿变形 （干缩湿胀） 湿胀变形很小，对混凝土性能基本无影响； 干缩变形，工程设计时应考虑其对结构的影响， 一般工程设计中，砼干缩值取（1.5～2）×10-4 即每米砼收缩0.15－0.2毫米
第9讲 普通混凝土硬化后的性能
砼的强度 硬化后砼的性能包括 砼的变形性能 砼的耐久性
非荷载作用下的变形 荷载作用下的变形
1
一、 混凝土的强度
混凝土强度的种类
立方体抗压强度
抗压强度
轴心抗压强度
轴心抗拉强度 混凝土强度 弯拉强度 握裹强度
钢筋与混凝土 的粘结强度
2
1.立方体抗压强度
以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为20±2℃，相对湿 度为95％以上的潮湿条件下，养护到28d龄期，采用标准试验方法测 得的抗压强度值。用fcu表示。 • 当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表（见P118） • 粗骨料最大粒径， • 试件种类 换算系数 试件尺寸，mm mm • • 标准试件 150×150×150 40 1.00 • 100×100×100 30 0.95
根据所用水泥强度和水灰比，估算所配砼强度 根据水泥强度和要求的砼强度等级，计算水灰比
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（2）龄期 ：龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历 的时间。 • 在正常的养护条件下，混凝土的抗压强度随龄期的增加 而不断发展，在7～14d内强度发展较快，以后逐渐减慢， 28d后强度发展更慢。 • 由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。 • 当采用普通水泥拌制的混凝土，在标准条件养护下，混 凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比关系。 •
与骨料的粘结强度提高
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水泥强度等级过高
上述规律的前提条件 是混凝土密实成型。
水泥用量过低
过大的孔隙率
强度降低
14
水灰比
水灰比
水泥品种及强度等级均相同的情况下，混凝土的强度取决 于W/C。 1）W/C在一定范围内(混凝土密实成型)，W/C降低， 抗压强度增 大。 2）当W/C过小 (不能密实成型)W/C降低，孔隙率升高，强度降低。
f 7 13.8 0.95 13.1MPa
２８ｄ龄期时：
f 28
lg 28 f 7 1.71 13.1 22.4 MPa lg 7
该混凝土２８ｄ的标准立方体抗压强度为 22.4 Ｍ Pa 。
20
（3）养护温度和湿度 温度越高，水泥的水化速度越快，混凝土强度越高。 湿度越大，水泥水化程度越高。
下养护28ｄ后，按三分点加荷，测定其弯拉强度（fcf ）。 计算公式：
FL f cf 2 bh
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6、影响混凝土强度的因素
混凝土受压破坏形式 在压力作用下混凝土破坏有三种破坏形式：破坏类 型，原因和可能性分析如表 破坏形式
水泥石破坏 粘结面(界面)破坏 粗骨料破坏
原因
水泥等级低造成 由于表面裂缝 正常情况下 ， f岩石>fcu,
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混凝土的选用原则：
1）建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不 应该低于C15； 2）当采用HRB335级钢筋以及承受重复荷载的构件混凝 土强度等级不应该低于C20； 3）当采用HRB335和HRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件混凝 土强度等级不得该低于C40； 4）预应力钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应该低于C30； 5）当采用钢绞丝、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土 强度等级不宜该低于C40；
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3.抗侵蚀性
——指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学
侵蚀、物理作用不破坏的能力。 4.混凝土的碳化 ——指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作 用，生成碳酸钙和水。
碳化的不利影响：1）碱度降低，砼内钢ຫໍສະໝຸດ Baidu易锈蚀
2）砼的抗拉、抗折强度下降 但碳化可提高混凝土的抗压强度。
30
5. 碱—集料反应
（6） 掺入合适的外加剂和掺合料。
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二、 混凝土的变形性能
归纳起来有两类：非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。 1.混凝土在非荷载作用下的变形
（1）化学收缩
砼成型后40天内化学收缩增长较快
水泥水化物的固体体积小于水化前反应物（水和水泥）的总 体积，混凝土的这种体积收缩是由水泥的水化反应所产生的固 有收缩亦称为化学减缩。
立方体标准试件，通过弧形钢
垫条施加压力F，试件中间截
面有着均匀分布的拉应力，当
拉应力达到混凝土的抗拉强度 时，试件劈裂成两半。
9
5.混凝土抗折强度或弯拉强度( fcf )
道路路面或机场跑道用混凝土，是以弯拉强度为主要设计指 标。 水泥混凝土的弯拉强度试验是以标准方法制备成
150mm×150mm×600mm（或550mm）的梁形试件，在标准条件
F
7
4.轴心抗拉强度—结构设计时确定砼抗裂能力的重
要指标
－－用劈裂抗拉强度测定混凝土轴心抗拉强度
我国现行标准规定，采用标准试件１５０ｍｍ
立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强
度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度fts 计算公式：
2F F f ts 0.637 πA A
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试验中采用边长为150mm的
• 或强度等级表示的含义：
C30
“30”代表fcu,k＝30.0MPa； “C”代表“混凝土”
4
如何求得立方体抗压强度标准值的？
例如：一组试件的立方体抗压强度值分别为 32.1, 37.5, 35.1, 38.2, 40.2 , 29.5, 43.1, 42.3, 40.6, 30.2, 32.5, 37.4, 38.1, 37.4, 36.4, 33.8, 35.8, 36.2, 37.9, 39.2(MPa) ， 共有20个数据。 用比较法可得：其抗压强度标准值是 30.2MPa； 因为20个数据中，小于30.2MPa的只有一个 29.5MPa，百分率为5％。
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三、 混凝土的耐久性
1.混凝土的抗渗性 ——指混凝土抵抗压力水（或油）渗透的能力。 抗渗等级：采用标准养护28天的标准试件，按规定的方法 进行试验，以其所能承受的最大水压力。如P2、P4、P6等。 2.混凝土的抗冻性
——指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环
作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。 抗冻等级：是以龄期28天的试块的吸水饱和后承受（-15~ 20）0C到（15-20) 0C反复冻融循环次数确定。如F10、F15、 F25、---F250和F300
弹性恢复
D
徐变恢复 残余应变
27
15 18
ce 弹性变形 ch 收缩
21 24
t (月)


影响徐变的因素：
（1）水灰比一定时，水泥用量越大，徐变越大； （2）水灰比越小，徐变越小； （3）龄期长、结构致密、强度高，则徐变小； （4）集料用量多，徐变小； （5）混凝土在长期荷载作用下的应力越大，徐变越大。

5
混凝土立方体抗压强度标准值－fcu,k
说明：
fcu,k 是结构设计强度取值的依据，
fcu,k 被用于质量控制，
fcu,k被用于工程验收，
例如.非统计法验收混凝土:
平均值 ≥1.15 fcu,k ,
最小值fcu,min ≥0.95 fcu,k
6
3、轴心抗压强度
F
为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结 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、衍架的腹 杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强 度作为依据。 轴心抗压强度以fc，k表示， ※ 标准试件为150mm×150mm×300mm ※ 试件制作、养护和加载试验方法同立方 体试件
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例 4-1．配制混凝土时，制作１０cm×10cm×10cm 立方体试件 ３块，在标准条件下养护 7d 后，测得破坏荷载分别为 140kN、 135kN 、 140kN 试估算该混凝土 28d 的标准立方体抗压强度。 解 7 ｄ龄期时： １０ｃｍ混凝土立方体的平均强度为： 140 135 140 f 13 .8MPa 100 100 3 换算为标准立方体抗压强度：
养护条件－－保持水泥水化的温度和湿度
自然养护：一般在砼浇筑完毕后12h后开始加
以覆盖或浇水。 养护方法 蒸汽养护 蒸压养护
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140 120 100 f28(%) 80 60 40 20
长期保持潮湿 保持潮湿 14 天 保持潮湿7天
保持潮湿3天 保持潮湿1天
0
9
龄期 (d)
365
图4-13 强度和混凝土养护时间之间的关系
混凝土凝胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐粘性流动，微细空隙逐渐闭 合，细晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果。
徐变对砼结构的作用：对普通砼结构，能消除砼内部温度应力
和收缩应力；对预应力砼，能使预应力损失增加。
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加荷
卸荷
16 12 8 4 A• 0 3 6 9 12
B cr
徐变 C
可能性
经常出现 经常出现 很少出现
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水泥强度等级和水灰比
影响因素
龄期
养护的温度和湿度
（1）水泥强度等级和水灰比——最主要因素或决定因素 水泥强度等级 砼的强度与水泥强度等级成正比关系
12
水泥强度等级
配合比相同时，水泥强度等级提高，水泥石本身的强度及
与骨料的粘结强度高，混凝土的强度高。 水泥等级提高 混凝土强度提高 水泥石强度提高
22
•
使用硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥 时，在混凝土凝结后，用草袋等覆盖其表面并 浇水，浇水时间不少于7d；使用火山灰水泥和
粉煤灰水泥时，应不少于14d；对掺有缓凝型
外加剂或有抗渗要求的混凝土，也不应少于
14d。在夏季应特别注意浇水，保持必要的湿
度。
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提高混凝土抗压强度的措施
（1）采用高强度等级水泥； （2）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝土； （3）采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好 的碎石； （4）改进施工工艺，加强搅拌和振捣； （5）保持合理的养护温度和湿度；
非标准试件 200×200×200 60 1.05
• 标准试验方法是指《普通混凝土力学性能试验方法》 （GB/T50081－2002 ）。
3
2.混凝土强度等级
•
根据混凝土立方体抗压强度标准值划分的强度等级。以 “C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有 C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65， C70，C75，C80等十四个强度等级。 • 立方体抗压强度标准值（fcu,k ） ，按标准方法制作和养 护的边长150mm的立方体试件，在28天龄期用标准试验方 法测得的具有95％保证率的抗压强度，以fcu,k 表示。
混凝土中含有活性氧化硅的集料与 所用水泥或其他材料中的碱（Na2O 和K2O）发生化学反应，形成复杂 的碱—硅酸凝胶，此凝胶吸水膨胀， 可导致混凝土胀裂
碱—硅 酸反应
措施：可采用低碱水泥或适量添加些能抑 制碱—集料反应的化学外加剂及矿物掺合 料等措施
碱—碳 酸盐反 应
•指混凝土中含有的碳酸盐岩石（含有粘土的白 云石质石灰石）与水泥或其他材料中的碱 （Na2O 和K2O）发生反应，导致混凝土胀裂。