混凝土的强度.ppt

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1、混凝土的强度混凝土的强度 第二节第二节 混凝土的强度混凝土的强度 混凝土强度的形成混凝土强度的形成 混凝土硬化结构的特点混凝土硬化结构的特点混凝土的破坏理论混凝土的破坏理论 混凝土的受力变形及破坏过程；混凝土的受力变形及破坏过程； 混凝土的抗压强度；混凝土的抗压强度； 混凝土的抗拉强度；混凝土的抗拉强度； 影响混凝土强度的因素；影响混凝土强度的因素； 提高混凝土强度和促进混凝土强度发展的措施。提高混凝土强度和促进混凝土强度发展的措施。 混凝土强度的形成混凝土强度的形成 混凝土的强度归根结底来源于水泥石混凝土的强度归根结底来源于水泥石。水泥水化物质生成后，水泥水化物质生成后，将不是一粒一粒地将不

2、是一粒一粒地离开水泥颗粒母体向着液体游动，而是立离开水泥颗粒母体向着液体游动，而是立即互相交织粘结起来，成为立体网结构，即互相交织粘结起来，成为立体网结构，这种具有强度而仍有变形能力的网构状的这种具有强度而仍有变形能力的网构状的物质，物质，以固体键在交接点上联结，以固体键在交接点上联结，这才形这才形成了赋予水泥浆强度的基本单元成了赋予水泥浆强度的基本单元凝胶。凝胶。 在一部分交接点上固体与固体直接在一部分交接点上固体与固体直接紧密接触，紧密接触，其间范德华力是如此巨大，其间范德华力是如此巨大，可与化学键相比。可与化学键相比。但是一旦接触脱开，但是一旦接触脱开，即不再能够重新接续。这种相互作用即

3、不再能够重新接续。这种相互作用可以称为固体键，交接点可以称为固可以称为固体键，交接点可以称为固接点。接点。在另一部分交接点上，可能存在另一部分交接点上，可能存在着微薄的液体中介层，范德华力通在着微薄的液体中介层，范德华力通过液体作用，受力时可能发生某种缓过液体作用，受力时可能发生某种缓慢的滑移。这一部分交接点可以称为慢的滑移。这一部分交接点可以称为非固接点。非固接点。 凝胶可看作是一种交接点没有充分凝胶可看作是一种交接点没有充分焊接牢固的空间钢构架。焊接牢固的空间钢构架。在荷载作用在荷载作用下，杆件（凝胶纤细微粒）产生足以下，杆件（凝胶纤细微粒）产生足以支持荷载的应力，只发生一定的变形，支持荷

4、载的应力，只发生一定的变形，而构架的破坏则归因于交接点的失效。而构架的破坏则归因于交接点的失效。对交接点施加拉力，可以使它失效对交接点施加拉力，可以使它失效（断开），反之，如果施加压力，则（断开），反之，如果施加压力，则不论大小如何，都不能造成破坏。不论大小如何，都不能造成破坏。l在水化凝胶体对强度产生根本影响的同时，不要忽略一个重要因素，这就是颗粒的密实填充，填满空间对于形成高强度一样很重要。混凝土硬化结构的特点混凝土硬化结构的特点 硬化混凝土是一种多相硬化混凝土是一种多相( (气、液、气、液、固三相兼而有之）、多孔的复合材料，固三相兼而有之）、多孔的复合材料，具有高度不均匀性和复杂的内部结

5、构。具有高度不均匀性和复杂的内部结构。 混凝土的微观结构与硬化水泥浆混凝土的微观结构与硬化水泥浆基相及单一骨料相微观结构的最大差基相及单一骨料相微观结构的最大差别在于第三相别在于第三相水泥石水泥石- -骨料界面过渡骨料界面过渡区区。过渡区的微观与系统中水泥石或。过渡区的微观与系统中水泥石或水泥砂浆（骨料）的结构有着明显的水泥砂浆（骨料）的结构有着明显的区别。区别。 混凝土的非均一复杂特点体现于以下三个混凝土的非均一复杂特点体现于以下三个方面：方面： 过渡区是围绕骨料（特别是大骨料）周过渡区是围绕骨料（特别是大骨料）周围的一层薄壳，厚度一般为围的一层薄壳，厚度一般为10-15m10-15m，通常

6、，通常比混凝土另两个主要相薄弱。比混凝土另两个主要相薄弱。 三相中任一相本身，本质上都是多相的三相中任一相本身，本质上都是多相的非均一复杂结构。例如在任何一相中都含有非均一复杂结构。例如在任何一相中都含有不同类型和不同数量的固体相、孔和微裂缝。不同类型和不同数量的固体相、孔和微裂缝。 混凝土中的水泥石和过渡区这两个相是混凝土中的水泥石和过渡区这两个相是不稳定的，即它们的结构随时间、环境温度不稳定的，即它们的结构随时间、环境温度和湿度的变化而变化。和湿度的变化而变化。过渡区的强度过渡区的强度 过渡区的强度比水泥石本体要低，是三相过渡区的强度比水泥石本体要低，是三相中最薄弱的环节，原因有三：中最薄

7、弱的环节，原因有三： 在水化的早期由于过渡区的水灰比大，在水化的早期由于过渡区的水灰比大，所以它的孔体积与孔径均比水泥石或砂浆基所以它的孔体积与孔径均比水泥石或砂浆基体大，这种情况只有在长龄期才会有所改善。体大，这种情况只有在长龄期才会有所改善。 过渡区内的氢氧化钙结晶体大，因此表过渡区内的氢氧化钙结晶体大，因此表面积减少，相应的范德华引力也变弱，且取面积减少，相应的范德华引力也变弱，且取向生长，有利于裂缝形成。向生长，有利于裂缝形成。 过渡区裂缝的存在。过渡区裂缝的存在。 混凝土的破坏理论混凝土的破坏理论 对于理想材料而言，强度大约应该是对于理想材料而言，强度大约应该是弹性模量的十分之一。混

8、凝土的弹性模量弹性模量的十分之一。混凝土的弹性模量大约在几万兆帕，混凝土如果是理想结构，大约在几万兆帕，混凝土如果是理想结构，强度应该是几千兆帕，而实际上只有几十强度应该是几千兆帕，而实际上只有几十兆帕。这是为什么呢？兆帕。这是为什么呢？GriffithGriffith理论得到理论得到广泛认可。广泛认可。混凝土中存在许多微裂缝，在混凝土中存在许多微裂缝，在受到外力作用时，会产生应力在微裂缝尖受到外力作用时，会产生应力在微裂缝尖端集中现象。随着荷载的增大，微裂缝尖端集中现象。随着荷载的增大，微裂缝尖端材料的局部拉应力可能增长到某种水平端材料的局部拉应力可能增长到某种水平以至于变形能的减小恒大于表

9、面能的增加，以至于变形能的减小恒大于表面能的增加，此时裂缝即成为能够不断扩展的不稳定裂此时裂缝即成为能够不断扩展的不稳定裂缝，导致材料的破坏。缝，导致材料的破坏。(1) (1) 混凝土的受力变形及破坏过程混凝土的受力变形及破坏过程10070-90300极限荷载，极限荷载，% %变变 形形A AB BC C未加荷载界面裂缝无明显变化；界面裂缝无明显变化；界面裂缝增长；界面裂缝增长；出现砂浆裂缝和连续裂缝；出现砂浆裂缝和连续裂缝；连续裂缝迅速发展；连续裂缝迅速发展；裂缝缓慢增长；裂缝缓慢增长；裂缝迅速增长。裂缝迅速增长。混凝土受压变形曲线不同受力阶段裂缝示意(2) (2) 混凝土的抗压强度混凝土的

10、抗压强度150mm150mm150mm温度：温度：202033湿度：湿度：90%90%龄期：龄期：28d28d300mm立方体抗压强度立方体抗压强度棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度（轴心抗压强度）D Dmaxmax折算折算系数系数试块试块尺寸尺寸30300.950.951001003 340401 11501503 360601.051.052002003 3f fcucu,MPa,MPaf fcpcp,MPa,MPaf fcpcp=(0.70-0.80)=(0.70-0.80)f fcucul 立方体试件抗压强度标准值（立方体试件抗压强度标准值（f fcucu，k k） l 立方体抗压强度（立方

11、体抗压强度（f fcucu）只是一组混凝土试件）只是一组混凝土试件抗压强度的算术平均值，并未涉及数理统计和保抗压强度的算术平均值，并未涉及数理统计和保证率的概念。而立方体抗压强度标准值（证率的概念。而立方体抗压强度标准值（f fcu,kcu,k）是按数理统计方法确定，具有不低于保证是按数理统计方法确定，具有不低于保证率的立方体抗压强度。率的立方体抗压强度。混凝土强度等级混凝土强度等级v 依据依据立方体抗压强度标准值确定立方体抗压强度标准值确定普通混普通混凝土强度等级：凝土强度等级：C7.5C7.5、C10C10、C15C15、C20C20、C25C25、C30C30、C35C35、C40C40

12、、C45C45、C50C50、C55C55、C60C60；(3) (3) 混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度 混凝土的抗拉强度很小混凝土的抗拉强度很小, ,只有抗压强度的只有抗压强度的1/101/101/201/20。在结构设计中。在结构设计中, ,抗拉强度是确定抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。混凝土抗裂度的重要指标。 l 劈裂抗拉强度（劈裂抗拉强度（f ftsts）我国现行标准规定，采用标准试件立我国现行标准规定，采用标准试件立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度劈裂抗拉强度，简称劈拉强度f ftsts 混凝土劈裂

13、抗拉强度应按下式计算：混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算： l 式中式中f ftsts混凝土劈裂抗拉强度，混凝土劈裂抗拉强度，MPaMPa； F F破坏荷载，；破坏荷载，； 试件劈裂面面积，试件劈裂面面积，mmmm2 2。AFAFfts637.02(4) (4) 影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素混凝土破坏过程混凝土破坏过程 界面裂缝界面裂缝 砂浆裂缝砂浆裂缝 连续裂缝连续裂缝破坏破坏骨料与砂浆骨料与砂浆的粘结强度的粘结强度 砂浆强度砂浆强度由水泥等级、水灰比由水泥等级、水灰比(水胶比水胶比)、骨料的性质、施工质量、骨料的性质、施工质量、养护及龄期决定养护及龄期决定 水灰比和水灰比和水泥等级

14、水泥等级决定混凝土强度的主要因素决定混凝土强度的主要因素 f fcucu=Af=Afcece( -B)( -B)C CW W对于流动性和低流动性混凝土有：对于流动性和低流动性混凝土有： f fcucu混凝土混凝土2828天抗压强度，天抗压强度，MPaMPa；A A、B B经验系数。与骨料的品种、水种品种等因素有关。经验系数。与骨料的品种、水种品种等因素有关。 采用碎石：采用碎石：A=0.46A=0.46，B=0.07B=0.07； 采用卵石：采用卵石：A=0.48A=0.48，B=0.33B=0.33。f fcece水泥的实际强度，水泥的实际强度，MPaMPa；C/WC/W灰水比（质量比）；灰

15、水比（质量比）； W/CW/C水灰比。水灰比。水泥完全水化理论值0.23包罗米（包罗米（BolomeyBolomey）公式）公式l在掺加矿物细粉掺和料的混在掺加矿物细粉掺和料的混凝土中水胶比决定着混凝土凝土中水胶比决定着混凝土的强度的强度l混凝土和水泥强度之间不再混凝土和水泥强度之间不再有线性关系有线性关系龄期龄期 龄期，df fn n = f= f2828Ln(n)Ln(n)Ln(28)Ln(28) f fn n nd nd龄期混凝土的抗压强度，龄期混凝土的抗压强度，MPaMPa；f f2828 28d 28d龄期混凝土的抗压强度，龄期混凝土的抗压强度，MPaMPa； n n 养护龄期（养护

16、龄期（n n3d3d） 抗压强度,MPa3 73 72828例例 4 4- -1 1配配制制混混凝凝土土时时，制制作作c cm m1 10 0c cm m1 10 0c cm m 立立方方体体试试件件 块块，在在标标准准条条件件下下养养护护 7 7d d 后后，测测得得破破坏坏荷荷载载分分别别为为 1 14 40 0k kN N、1 13 35 5k kN N、 1 14 40 0k kN N 试试估估算算该该混混凝凝土土 2 28 8d d 的的标标准准立立方方体体抗抗压压强强度度。 解解 7 7龄龄期期时时： 混混凝凝土土立立方方体体的的平平均均强强度度为为： MPaf8 .133100100140135140 换换算算为为标标准准立立方方体体抗抗压压强强度度： MPaf1 .1395. 08 .137 龄龄期期时时： MPaff4 .221 .1371.17lg28lg728 该该混混凝凝土土的的标标准准立立方方体体抗抗压压强强度度为为 2 22 2. .4 4P Pa a。 养护温度和湿度的影响养护温度和湿度的影响抗压强度,MPa龄期，d养护28天强度，%4418183838龄