混凝土与砂浆基础知识教程(3)

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第四节 硬化混凝土的强度

硬化后混凝土（ Hardened concrete）的强度（Strength）包括立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度和与钢筋的粘结强度等。

抗压强度 > 抗弯强度 > 抗剪强度> 抗拉强度

一、混凝土的抗压强度与强度等级

混凝土的抗压强度是指其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。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。

1、立方体抗压强度（fcu）

按照标准的制作方法制成边长为150mm的正立方体试件，在标准养护条件（温度20±3℃，相对湿度90%以上）下，养护至28d龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为“混凝土立方体试件抗压强度”（简称“立方抗压强度”以fcu表示），以MPa计。

2、立方体抗压强度标准值（ fcu，k ）

按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验测定的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%（即具有95%保证率的抗压强度），以N/mm2即MPa计。

3、强度等级（Grading Strength）

混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的。它的表示方法 是用“C”和“立方体抗压强度标准值”两项内容表示，如：“C30”即表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k =30MPa 。

我国现行规范（GBJ10—89）规定，普通混凝土按立方抗压强度标准值划分为：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等16个强度等级。

立方体强度>强度等级

4、砼强度等级的实用意义

C7.5～C15：用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构；

C15～C25：用于普通砼结构的梁、板、柱、楼梯及屋架；

C25～C30：用于大跨度结构、耐久性要求较高的结构、预制构件等；

C30以上：用于预应力钢筋混凝土结构、吊车梁及特种构件等。

5、砼的轴心抗压强度（fcp）

轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为标准试件，如有必要，也可采用非标准尺寸的棱柱体试件，但其高宽比（h/a）应在2～3的范围。 在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件时，都采用混凝土的轴心抗压强度fcp作为设计依据。fcp比同截面的 fcu小，且h/a越大， fcp 越小。在立方体抗压强度为10～55Mpa范围内时，fcp≈（0.70～0.80）fcu。

二、砼的抗拉强度

劈裂试验测得劈裂抗拉强度（Splitting tension strength）。混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/20，故在结构设计中，不考虑混凝土承受拉力，而是在混凝土中配以钢筋，由钢筋来承受拉力 。但确定抗裂度时，须考虑抗拉强度，它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标。

试验方法：劈裂法，测出强度为劈裂抗拉强度fts 。

混凝土的劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体抗压强度之间的关系，可用经验公式表达如下：

三、砼与钢筋的粘结强度

强度主要来源：混凝土与钢筋间的摩擦力、钢筋与水泥石间的粘结力、变形钢筋的表面机械咬合力。

影响因素：混凝土质量（强度）、钢筋尺寸及种类、钢筋在混凝土中的位置、加载类型、干湿变化和温度变化等。

四、影响硬化后水泥砼强度的因素

砼破坏: a）硬化水泥石与骨料间破坏（ 与水泥强度、水灰比、骨料性质有关）

b）硬化水泥石的破坏（水泥石强度有关）

c）骨料本身的破坏 （与骨料强度有关）

主要影响因素有材料组成、制备方法、养护条件、试验条件等。

1、材料组成对混凝土强度的影响

（1）水泥的强度和水灰比

fcu——混凝土28d龄期的立方体抗压强度（MPa）;

fce ——水泥实际强度（MPa）， 可取 fce =1.13× fce,k，fce,k为水泥强度的标准值;

C/W——灰水比；

αa、αb——回归系数，碎石：α a =0.46；αb=0.07

卵石：α a =0.48；αb=0.33

以上经验公式一般只适用于流动性混凝土、低流动性混凝土 ，不适于干硬性混凝土。

（2）骨料的影响

当骨料级配良好、砂率适当时，由于组成了坚强密实的骨架，有利于混凝土强度的提高。如果混凝土骨料中有害杂质较多，品质低，级配不好时，会降低混凝土的强度。

2、养护条件对混凝土强度的影响

（1）温度及湿度

养护温度高，水泥水化速度快，混凝土强度的发展也快；反之，在低温下混凝土强度发展迟缓。当温度降到冰点以下时，水泥将停止水化，强度停止发展，而且易使硬化的混凝土结构遭到破坏。因此，冬季施工时，混凝土应特别注意保温养护，防止早期受冻破坏。 温度对强度发展的影响如图6.4.1。

水是水泥水化的必要条件。如果湿度不够，水泥水化反应不能正常进行，甚至停止水化，会严重降低混凝土强度。因此在混凝土浇筑完毕后，应在12h内进行覆盖；在夏季施工的混凝土，要特别注意浇水保湿。 湿度对强度发展的影响如图6.4.2。

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图4.1 温度对强度发展的影响

图4.2 湿度对强度发展的影响

1-空气养护 2-九个月后水中养护

3-三个月后水中养护 4-标准湿度条件下养护

（3）龄期（Age）

龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。 砼的强度随龄期的增长而提高 ，早期显著，后期缓慢。普通水泥配制的滹沱那，在标准养护条件下，其强度发展大致与龄期的常用对数成正比关系，其经验公式如下：

fn/f28=lgn/lg28

式中 fn----混凝土nd龄期的抗压强度（MPa）；

f28－－混凝土28d龄期的抗压强度（MPa）；

n－－－养护龄期（d），n≥3。

根据上式，可估算混凝土28d的强度，或推算28d前混凝土达到某一强度需要养护的天数，如确定生产施工进度：砼的拆模、构件的起吊、放松预应力钢筋、制品堆放、出厂等的日期 。

3、试验条件对混凝土强度的影响

试验条件 包括试件形状与尺寸、试件湿度、温度、表面状态、加载方式等。

①试件尺寸：相同混凝土试件的尺寸越小，测得的混凝土的强度就越高。我国标准规定，采用边长为150mm的立方体试件作为标准试件，当采用非标准试件时，所测得的抗压强度应乘以表6.4.1所列的换算系数。

表4.1 混凝土试件不同尺寸的强度换算系数

骨料最大粒径（mm） 试件尺寸（mm） 换算系数

30 100×100×100 0.95

40 150×150×150 1

60 200×200×200 1.05

②试件的形状：当试件受压面积相同，而高度不同时，高宽比越大，抗压强度越小。这是由于环箍效应所致。当试件受压时 时，试件受压面与试件承压板之间的摩擦力，对试件相对于承压板的横向膨胀起着约束作用，该约束有利于强度的提高。愈接近试件的端面，这种约束作用就越大，在距端面大约a的范围以外，约束作用才消失。试件破坏后，其上下部分各呈现一个较完整的棱锥体，这就是这种约束作用的结果，称为环箍效应 。

③表面状态

混凝土试件承压面的状态，也是影响混凝土强度的重要因素。当试件受压面有润滑剂时，试件受压时的环箍效应大大减小，测出的强度值较低。

④加荷速度

加荷速度越大，测得的强度值也越大。

4、施工方法的影响: 尽量采用机械搅拌和振捣。

五、提高混凝土强度的措施

1、选用高强度水泥和早强型水泥

2、采用低水灰比 的干硬性混凝土

3、掺加混凝土外加剂和掺合料

4、采用湿热处理——蒸汽养护和蒸压养护

5、采用机械搅拌和振捣。