[科普中国]-硬化混凝土

混凝土的抗压强度与强度等级混凝土的受压破坏过程

混凝土在受力以前，内部就已存在着原生界面裂缝。原因有：首先，混凝土拌和物在硬化过程中，水泥浆产生的化学收缩与物理收缩由于受到骨料的约束作用，会在水泥石内部及浆一骨界面上产生分布极不均匀的拉应力。据资料，当水泥浆有0..3%的体积收缩时，这些部位就将出现局部的微细裂缝；其次，温度、湿度的变化会引起不同弹性模量的水泥石与骨料的不同体积变形，导致在浆——骨界面产生应力集中而形成微细裂缝。此外，拌和物倘若泌水在骨料下部积聚，待硬化干燥后也将形成界面裂缝，这些界面裂缝已为电子显微镜和X射线所揭示和证实。

当混凝土受到压力荷载作用时，很容易在楔形的微裂缝尖端形成应力集中，随着外力的逐渐增大，微裂缝会进一步延伸、连通、扩大，最后形成几条肉眼可见的裂缝而破坏。混凝土在外力作用下的变形和破坏过程，也就是内部裂缝的发生和发展过程，它是一个从量变到质变的过程。只有当混凝土内部的微观破坏发展到一定量级时，才会使混凝土的整体’遭受破坏。

混凝土抗压强度与强度等级根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002），混凝土的抗压强度分建筑材料为立方体抗压强度和轴心抗压强度。

①混凝土立方体抗压强度（ ）

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定，混凝土立方体抗压强度是指按标准方法制作的标准尺寸150mm×150mm×150mm的立方体试件，在标准养护条件下（（20±20）℃，相对湿度为95%以上，或置于（20±2）℃的不流动的 饱和溶液中）养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗压强度值，以符号 表示，可按下式计算：

式中： ——立方体抗压强度（MPa）；

F——试件破坏荷载（N）；

A——试件承压面积（mm²）。

测定混凝土立方体抗压强度，也可采用非标准尺寸试件，其尺寸应根据粗骨料最大粒径而定。但在计算其抗压强度时，应乘以相应换算系数得到相当于标准试件的试验结果。

为了正确进行结构设计和控制施工质量，根据混凝土立方体抗压强度标准值，将混凝土划分为14个强度等级。混凝土立方体抗压强度标准值是指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验方法测得的具有95%强度保证率的抗压强度。混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值（以MPa计）表示。共分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80 14个强度等级。

②混凝土的轴心抗压强度

在实际工程中，钢筋混凝土结构的形式大部分是棱柱体（或圆柱体），为了使混凝土强度测定条件尽量与结构受力情况相接近，在钢筋混凝土结构设计时，计算轴心受压构件都是采用混凝土的轴心抗压强度作为计算依据。由棱柱体试件测得的抗压强度称为轴心（棱柱体）抗压强度，以“ ”表示。采用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件作为轴心抗压强度的标准试件。若有必要可采用非标准尺寸的棱柱体试件，但其高宽比（试件高度与受压端面边长之比）应在2～3的范围内。高宽比越大，轴心抗压强度越小；但到一定值后，强度就不再降低，因为这时试件的中间区段已无环箍效应，形成了纯压状态，过高的试件在破坏前由于失稳将产生较大的偏心荷载，又会降低抗压强度测定值。1

混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/20～1/10，且随着混凝土强度等级的提高，这个比值有所降低。因此，混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。但混凝土的抗拉强度对抵抗裂缝的产生有着重要意义，在结构计算中抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标，有时也用来间接衡量混凝土与钢筋间的黏结强度及预测由于干湿变化和温度变化而产生的裂缝。

混凝土抗拉强度测定应采用轴拉试件，因此过去多用8字形或棱柱体试件直接测定混凝土轴心抗拉强度。但是这种方法由于夹具附近局部破坏很难避免，而且外力作用线与试件轴心方向不易调成一致而较少采用。目前我国采用劈裂抗拉试验来测定混凝土的抗拉强度。劈裂抗拉强度测定时，对试件前期制作方法、试件尺寸、养护方法及养护龄期等的规定，与检验混凝土立方体抗压强度的要求相同。该方法的原理是在试件两个相对的表面轴线上，作用着均匀分布的压力，这样就能使在此外力作用下的试件竖向平面内，产生均布拉应力。该拉应力可以根据弹性理论计算得出。这个方法克服了过去测试混凝土抗拉强度时出现的一些问题，并且也能较准确地反映试件的抗拉强度。

劈裂抗拉强度应按下式计算：

式中： ——混凝土劈裂抗拉强度（MPa）；

F——破坏荷载（N）；

A——试件劈裂面积（mm²）。

混凝土劈裂抗拉强度比轴心抗拉强度低，试验证明两者的比值为0.9左右。1

混凝土的抗折强度抗折强度（又称弯曲抗拉强度）是混凝土的一项重要强度指标。弯曲破坏是钢筋混凝土结构破坏的主要形式，例如，路面、桥梁以及工业与民用建筑中的梁、板、柱等。由于混凝土的脆性使结构破坏时没有明显的特征，故称为抗折强度。测定时，应采用150mm×150mm×600mm(或550mm)的小梁作为标准试件，在标准条件下养护28d，按三分点加载方式测试。混凝土抗折强度 按下式计算：

式中： ——混凝土的抗折强度（MPa）；

——试件破坏荷载（N）；

L——支座间距（mm）；

b——试件宽度（mm）；

h——试件高度（mm）。

如为跨中单点加荷得到的抗折强度，应乘以折算系数0.85。1

混凝土与钢筋的握裹强度在钢筋混凝土结构中，混凝土用钢筋增强，为使钢筋混凝土这类复合材料能有效工作，混凝土与钢筋之间必须要有适当的握裹强度。这种黏结强度主要来源于混凝土与钢筋之间摩擦力、钢筋与水泥之间的黏结力、混凝土与钢筋表面的机械啮合力。握裹强度与混凝土质量有关，与混凝土抗压强度成正比。此外，握裹强度还受其他许多因素影响，如钢筋尺寸及钢筋种类；钢筋在混凝土中的位置（水平钢筋或垂直钢筋）；加载类型（受拉钢筋或受压钢筋）；以及环境的干湿变化、温度变化等。1

提高混凝土强度的措施通过对混凝土强度影响因素的分析，提高混凝土强度的措施有：

（1）采用强度等级高的水泥；

（2）采用低水灰比；

（3）采用有害杂质少、级配良好、颗粒适当的骨料和合理砂率；

（4）采用合理的机械搅拌、振捣工艺；

（5）保持合理的养护温度和一定的湿度，可能的情况下采用湿热养护；

（6）掺入合适的混凝土外加剂和掺和料。1