4.3混凝土的強度與破壞混凝土強度的意義：強度是混凝土最重要的力學性質，混凝土主要用于承受荷載或抵抗各種作用力。混凝土強度與混凝土的其它性能關系密切，一般來說，混凝土的強度愈高，其剛性、不透水性、抵抗風化和某些侵蝕介質的能力也愈高，通常用混凝土強度來評定和控制混凝土的質量。重慶綦江彩虹橋鋼筋混凝土柱的破壞狀態預存缺陷的存在對硬化后的水泥混凝土結構，在未受荷載之前，由于原因，在混凝土結構內部已存在孔縫系統。混凝土結構受荷下的破壞，主要是原有孔縫系統的延伸、聯生和擴大。混凝土內多余水分的泌水、蒸發形成的毛細孔；溫度的變化引起的溫度裂縫；濕度變化引起的干縮裂縫；砂漿和粗骨料之間的不一致變化產生的界面裂縫等。一、混凝土強度的分類包括：抗壓強度抗拉強度抗彎強度抗剪強度與鋼筋的粘結強度等。1、砼的抗壓強度與強度等級定義：混凝土的抗壓強度是指標準試件在壓力作用下直到破壞的單位面積所能承受的最大應力（亦稱極限強度）。混凝土結構物常以抗壓強度為主要參數進行設計，而且抗壓強度與其它強度及變形有良好的相關性，因此，抗壓強度常作為評定混凝土質量的指標，并作為確定強度等級的依據。立方體標準試件依據國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法》（GB/T50081-2002）：

150mm×150mm×150mm的標準立方體試件，在標準條件（溫度20±3℃，相對濕度90％以上）下，養護到28d齡期，所測得的抗壓強度值為混凝土立方體抗壓強度，以fcu表示。a2aaa圓柱體（美、法、日）立方體（英、德、中）試件形狀示意圖砼強度等級依據混凝土立方體抗壓強度標準值（以fcu.k表示），將混凝土劃分為十四個強度等級：

C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80混凝土立方體抗壓強度標準值系指對按標準方法制作和養護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標準試驗方法測得的抗壓強度總體分布中的一個值，強度低于該值的百分率不超過5％。高強混凝土技術規程從C50~C80分為七個等級：C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80高強混凝土等級2、軸心抗壓強度（fcp）原因：確定混凝土強度等級采用立方體試件，但實際工程中鋼筋混凝土結構形式極少是立方體的，大部分是棱柱體型或圓柱體型。為了使測得的混凝土強度接近與混凝土結構的實際情況，在鋼筋混凝土結構計算中，計算軸心受壓構件（例如柱子、桁架的腹桿等）時，都是采用混凝土的軸心抗壓強度fcp作為計算依據。軸心抗壓強度試件根據國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法》（GB/T50081-2002）的規定，軸心抗壓強度采用：

150mm×150mm×300mm的棱柱體高寬比（h/a＝2～3）的非標棱柱體試件棱柱體試件軸心抗壓強度fcp比同截面的立方體抗壓強度值fcu小，棱柱體試件高寬比h/a越大，軸心抗壓強度越小，但當h/a達到一定值后，強度不再降低。在立方體抗壓強度fcu＝10～55Mpa范圍內，軸心抗壓強度fcp≈（0.70～0.80）fcu。軸心抗壓強度試驗示意圖HSCNSC普通混凝土高強混凝土軸向應變（mm)應力MPa普通混凝土高強混凝土0.0061203、砼抗拉強度（fts）混凝土的抗拉強度只有抗壓強度的1/10～1/20，并且這個比值隨著混凝土強度等級的提高而降低。混凝土受拉時呈脆性斷裂，破壞時無明顯殘余變形。在鋼筋混凝土結構設計中，不考慮混凝土承受拉力，而是在混凝土中配以鋼筋，由鋼筋來承受結構中的拉力。但混凝土抗拉強度對于混凝土抗裂性具有重要作用，它是結構設計中確定混凝土抗裂度的主要指標，有時也用它來間接衡量混凝土與鋼筋間的粘結強度，及預測由于干濕變化和溫度變化而產生的開裂大小的指標。抗拉強度的測定早期——軸向拉伸法。存在荷載不易對準軸線，夾具處常發生局部破壞，致使準確測試困難；現行——劈裂抗拉強度試驗法。間接地得出混凝土的抗拉強度，稱為劈裂抗拉強度fts；公路——抗折強度法。試件：邊長為150mm的立方體或圓柱體作為標準試件。該法的原理——是在試件的兩個相對的表面素線上，施加均勻分布的壓力，這樣就能在外力作用的豎向平面內產生均勻分布的拉應力，該應力可以根據彈性理論計算得出。PPft=P/A橫截面積為A

Ⅰ直拉試驗TensionTesting直拉試驗直拉試驗示意圖混凝土受拉伸

2.4MpaⅡ劈裂抗拉試驗

SplittingTestPPdftsfts

=2P/πdll-試件長度受拉立方試件的劈裂抗拉強度計算公式式中fts———混凝土劈裂抗拉強度（Mpa）；

P————破壞荷載（N）；

A————試件劈裂面積（mm）。Ⅲ抗折試驗

FlexuralTest

PL/3L/3L/3

拉壓fbfb=PL/bd2b×d=截面積劈裂抗拉強度與其它強度的比較試驗證明，在相同條件下，混凝土用軸拉法測得的軸拉強度，較用劈裂法測得的劈裂抗拉強度略小，二者比值約為0.9。混凝土的劈裂抗拉強度與混凝土標準立方體抗壓強度（fcu）之間的關系，可用經驗公式表達如下：

4、砼與鋼筋的粘結強度在鋼筋混凝土結構中，混凝土用鋼筋來增強，要使鋼筋混凝土這類復合材料有效工作，混凝土與鋼筋之間必須要有適當的粘結強度。砼與鋼筋的粘結強度的產生：混凝土與鋼筋之間的摩擦力鋼筋與水泥石之間的粘結力變形鋼筋的表面機械嚙合力影響鋼筋與砼粘結強度的因素混凝土質量－與混凝土抗壓強度成正比。鋼筋尺寸及變形鋼筋種類；鋼筋在砼中的位置（水平鋼筋或垂直鋼筋）；加載類型（受拉鋼筋或受壓鋼筋）；干濕變化、溫度變化等。粘結強度的評定美國材料試驗學會（ASTMC234）拔出試驗方法：混凝土試件為邊長150mm的立方體，其中埋入φ19mm的標準變形鋼筋，試驗時以不超過34Mpa/min的加荷速度對鋼筋施加拉力，直到鋼筋發生屈服；＆混凝土劈開；＆加荷端鋼筋滑移超過2.5mm。

記錄出現上述三種任一情況時的荷載值P，用下式計算混凝土與鋼筋的粘結強度。粘結強度計算公式式中fN————粘結強度（MPa）;d————鋼筋直徑（mm）；

l————鋼筋埋入混凝土中長度（mm）；

P————測定的荷載值（N）。二、影響混凝土強度的因素砼結構連續性的喪失：硬化后的混凝土在未受到外力作用之前，由于水泥水化造成的化學收縮和物理收縮引起砂漿體積的變化，在粗骨料與砂漿界面上產生了分布極不均勻的拉應力，從而導致界面上形成了許多微細的裂縫。另外還因為混凝土成型后的泌水作用，某些上升的水分為粗骨料顆粒所阻止，因而聚集于粗骨料的下緣，混凝土硬化后就成為界面裂縫。當混凝土受力時，這些預存的界面裂縫會逐漸擴大、延長并匯合連通起來，形成可見的裂縫，致使混凝土結構喪失連續性而遭到完全破壞。混凝土破壞的斷面形式分：骨料剝離型骨料破裂型粘結界面破壞型混凝土強度關系式

fcu=f(骨料強度、水泥石強度、界面強度)受力作用破壞類型破壞斷面圖1、水泥強度與水灰比水泥強度和水灰比是決定混凝土強度最主要的因素。水灰比不變時，水泥強度越高，則硬化水泥石強度越大，對骨料的膠結力也就越強，配制成的混凝土強度也就愈高。水泥強度相同的情況下，水灰比愈小，水泥石的強度愈高，與骨料粘結力愈大，混凝土強度愈高。但水灰比過小，拌和物過于干稠，在一定的施工振搗條件下，混凝土不能被振搗密實，出現較多的蜂窩、孔洞，反將導致混凝土強度嚴重下降。圖3-6齡期與水灰比對混凝土強度的影響強度與水灰比的關系示意圖砼強度與W/C、水泥強度等的經驗公式

fcu=Afce（C/W—B）

式中fcu———混凝土28d齡期的抗壓強度（Mpa）；

C————每立方米混凝土中水泥用量（Kg）；

W————每立方米混凝土中水的用量（Kg）；

C/W———混凝土的灰水比；

fce———水泥的實際強度（Mpa）。

在無法取得水泥實際強度時，可用式

fce=γ.fce.k代入，其中fce.k為水泥標號，γ為水泥標號值的富余系數（一般為1.13）。A、B——經驗系數（骨料系數）A、B——經驗系數，與骨料品種及水泥品種等因素有關，其數值通過試驗求得。若無試驗統計資料，則可按《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55－2000）提供的A、B經驗系數取用：采用碎石A＝0.46B＝0.07

采用卵石A＝0.48B＝0.33公式的適用范圍：只適用于流動性混凝土及低流動性混凝土，對于干硬性混凝土則不適用。混凝土強度公式的應用：可根據所用的水泥強度和水灰比來估計所配制混凝土的強度，也可根據水泥強度和要求的混凝土強度等級來計算應采用的水灰比。3、骨料的影響影響因素：骨料的強度骨料的種類骨料的級配骨料的表面狀態骨料的粒形骨料的有害雜質和弱顆粒含量4、養護溫度及濕度的影響混凝土強度是一個漸進發展的過程，其發展的程度和速度取決于水泥的水化，而混凝土成型后的溫度和濕度是影響水泥水化速度和程度的重要因素。因此，混凝土澆搗成型后，必須在一定時間內保持適當的溫度和足夠的濕度以使水泥充分水化，保證混凝土強度不斷增長，以獲得質量良好的混凝土。溫度影響養護溫度高，水泥水化速度加快，混凝土強度的發展也快；在低溫下混凝土強度發展遲緩。當溫度降至冰點以下時，則由于混凝土中水分大部分結冰，不但水泥停止水化，混凝土強度停止發展，而且由于混凝土孔隙中的水結冰產生體積膨脹（約9％），而對孔壁產生相當大的壓應力（可達100MPa），從而使硬化中的混凝土結構遭受破壞，導致混凝土已獲得的強度受到損失。混凝土早期強度低，更容易凍壞。冬季施工時，要特別注意保溫養護，以免混凝土早期受凍破壞。蒸汽養護蒸汽養護濕度影響周圍環境的濕度對水泥的水化能否正常進行有顯著影響。濕度適當，水泥水化反應順利進行，使混凝土強度得到充分發展，因為水是水泥水化反應的必要成份。如果濕度不夠，水泥水化反應不能正常進行，甚至停止水化，嚴重降低砼強度，而且使砼結構疏松，形成干縮裂縫，增大了滲水性，從而影響混凝土的耐久性。施工規范規定：在混凝土澆筑完畢后，應在12h內進行覆蓋，以防止水分蒸發過快。在夏季施工混凝土進行自然養護時，使用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣水泥時，澆水保濕應不少于7d；使用火山灰水泥和粉煤灰水泥或在施工中摻用緩凝型外加劑或有抗滲要求時，應不少于14d。砼強度與保濕時間的關系圖覆蓋養護噴養護液養護野外公路的遮陽保濕養護野外公路的遮陽保濕5、齡期定義：齡期——是指混凝土在正常養護條件下所經歷的時間。在正常養護的條件下，混凝土的強度將隨齡期的增長而不斷發展，最初7～14天內強度發展較快，以后逐漸變緩，28天達到設計強度。28天后強度仍在發展，其增長過程可延續數十年之久。砼強度與齡期的關系圖齡期與強度經驗公式在標準養護條件下，混凝土強度的發展，大致與其齡期的常用對數成正比關系（齡期不小于3d）。

式中fn———nd齡期混凝土的抗壓強度（MPa）；

f28———28d齡期混凝土的抗壓強度（MPa）；

n———養護齡期（d），n≥3。齡期與強度經驗公式的應用可以由所測混凝土早期強度，估算其28d齡期的強度。或者可由混凝土的28d強度，推算28d前混凝土達到某一強度需要養護的天數，如確定混凝土拆模、構件起吊、放松預應力鋼筋、制品養護、出廠等日期。6、試驗條件對砼強度測定值的影響試驗條件是指：試件的尺寸試件形狀試件表面狀態加荷速度等Ⅰ試件尺寸相同配合比的混凝土，試件的尺寸越小，測得的強度越高，反之亦然。試件尺寸影響的主要原因是：試件尺寸大時，內部孔隙、缺陷等出現的機率也越大，導致有效受力面積的減小及應力集中，從而引起強度的降低。我國標準規定采用150mm×150mm×150mm的立方體試件作為標準試件，當采用非標準的其它尺寸試件時，所測得的抗壓強度應乘以下表的換算系數。混凝土試件不同尺寸的強度換算系數表骨料最大粒徑（mm）試件尺寸（mm）換算系數30100×100×1000.9540150×150×1501.060200×200×2001.05Ⅱ試件的形狀當試件受壓面積（a×a）相同時，h/a越大，測得的抗壓強度越小。原因：環箍效應——這是由于試件受壓時，試件受壓面與試件承壓板之間的摩擦力，對試件相對于承壓板的橫向膨脹起著約束作用，該約束有利于強度的提高。愈接近試件的端面，這種約束作用就愈大，在距端面大約的范圍以外，約束作才消失。試件破壞后，其上下部分各呈現一個較完整的棱柱體，這就是這種約束作用的結果。通常稱這種作用為環箍效應。PP壓力機壓板對試件的約束a壓板環箍效應Ⅲ試件表面狀態混凝土試件承壓面的狀態也是影響混凝土強度的重要因素。當試件受壓面上有油脂類潤滑劑時，試件受壓時的環箍效應大大減小，試件將出現直裂破壞，測出的強度值也較低。試驗破壞后殘存的棱錐體不受壓板約束時試件破壞情況涂油摩擦力壓板表面約束Ⅳ加荷速度加荷速度越快，測得