混凝土力学性能浅谈

浅析混凝土强度性能与主要强度指标检测方法山东鲁桥建设有限公司内部技术交流会目录1.混凝土的组成结构2.单轴应力状态下的混凝土强度3.复合受力状态下混凝土的强度4.混凝土立方体抗压强度检测5.水泥混凝土抗压强度的评定6.小结1.混凝土的组成结构通常把混凝土的结构分为三种类型：Ａ.宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。Ｂ.亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。Ｃ.微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。注意：1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强度的重要因素；2.在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。2.单轴应力状态下的混凝土强度混凝土结构中，我们主要使用砼的抗压性能。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度标准值来划分的2.1混凝土抗压强度1）混凝土立方体抗压强度和强度等级：边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度为20±2℃，湿度≥95%）养护28天，用标准试验方法测得的结果即为抗压强度，用符号fcu表示；用标准试验方法测得的试验结果具有95%保证率的抗压强度，即抗压强度标准值用符号fcu,k表示；使用意义：评定混凝土强度等级的标准。《规范》根据目前结构强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2（即5MPa）。2）混凝土轴心抗压强度按标准方法制作的150mm×l50mm×300mm的棱柱体试件，在温度为20土2℃和相对湿度为95％以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间存在差异，《规范》基于安全取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：kcuckff,2188.0式中：α１为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的混凝土取0.76，对C80取0.82，其间按线性插值。α2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按直线规律变化取值。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。使用意义：设计计算混凝土构件的受弯、受压承载力时采用。kcuckff,2188.0劈拉试验FdF2.2混凝土的轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。使用意义：用于分析混凝土构件的开裂、裂缝宽度、变形及计算混凝土构件的受冲切、受扭、受剪等承载力。拉压压)32(2s,tdlFf《混凝土结构设计规范》规定轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系为：0.450.55,20.880.39511.645tkcukff01020304050607080901001234563.1双轴应力状态实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为0.3~0.6之间，约(1.25~1.60)fc。双轴受压状态下混凝土的应力-应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变。在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。3.复合受力状态下混凝土的强度构件受剪或受扭时常遇到剪应力t和正应力s共同作用下的复合受力情况。混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小随压应力增大而增大当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。3.2三轴应力状态三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。侧向压应力的存在可提高混凝土的抗压强度，关系为:式中——被约束混凝土的轴心抗压强度；——非约束混凝土的轴心抗压强度；——侧向约束压应力。侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。ccfcflfLcccfff)0.7~5.4(''4.混凝土立方体抗压强度检测4.1我国以立方体28天标养抗压强度作为混凝土强度的特征值(1)混凝土是一种很好的抗压材料，在混凝土结构中主要用于承受压力，以混凝土立方体抗压强度作为划分混凝土的主要标准，可以较好地反映混凝土的主要受力特性。(2)混凝土的其他力学性能，如轴心抗压强度和轴心抗拉强度等，都与混凝土立方体抗压强度有一定的关系。(3)立方体抗压试验最简单，结果最稳定，便于统一标准和进行质量评判。(4)混凝土强度前期增长较快，28天之后缓慢且趋于稳定。注释:1）混凝土设计强度等级：根据结构使用功能由设计图决定，如墩柱设计强度等级为C30，则C30混凝土抗压强度标准值fcu,k=30MPa；2）混凝土配合比配制强度fcu0：配制强度由混凝土强度等级决定，如下：4.2立方体抗压强度的测试方法•①试件制备换算系数：1.05换算系数：0.95标准试件:非标准试件:图3边长150mm的立方体试件200mm200mm100mm100mm150mm150mm图4边长100mm、200mm的立方体试件•试件尺寸的选取可依据粗骨料的最大粒径来定骨料最大粒径（mm）试件尺寸（mm）换算系数30100×100×1000.9540150×150×150160200×200×2001.05•②试件养护标准养护：蒸压养护:同条件养护：把试件放在与工程环境相同的条件下进行的养护在自然条件下进行的养护蒸汽养护：自然养护：加速养护温度２０士2℃，相对湿度95％以上（定期洒水）在大于1atm、大于100℃的蒸汽中进行养护在1atm、100℃以下的蒸汽中进行的养护同条件养护：把试件放在与工程环境相同的条件下进行的养护•③试验方法表面擦干，即可测定试件湿度：加载速率：0.3～1.0ＭＰa/s•＜C30：0.3～0.5ＭＰa/s•C30～C60：0.5～0.8ＭＰa/s•≥C60：0.8～1.0ＭＰa/s5.水泥混凝土抗压强度的评定5.1水泥混凝土抗压强度的评定（1）评定混凝土的抗压强度,应以标准养生28d龄期的边长为150mm立方体试件、在标准试验条件下测得的极限抗压强度为准。（2）水泥混凝土强度合格的标准1）当需要评定的试件小于10组时采用非统计方法进行Rn≥1.15RRmin≥0.95R2）试件≥10组时，应以数理统计方法按下述条件评定：Rn-K1Sn≥0.9RRmin≥K2R式中：n—同批混凝土试件组数；Rn—同批n组试件强度的平均值(MPa)；Sn—同批n组试件强度的标准差(MPa)，Sn0.06R时取0.06RR—混凝土设计强度等级(MPa)；Rmin—n组试件中强度最低一组的值(MPa)：K1、K2—合格判定系数，见附表D。（3）其他应注意的事项1）评定混凝土的强度时，以单位工程中强度等级相同、龄期相同以及生产工艺条件和配合比相同的混凝土组成一个验收批。2）为了便于管理和控制质量，分部工程宜单独作为一个验收批进行评定；在评定主体分部工程时，鉴于主体施工周期长，混凝土的批量过大，则宜划分为几个验收批进行评定，而验收批的划分，宜在施工组织设计中明确规定。3）对固定使用商品混凝土或集中场站搅拌的混凝土，宜采取统计方法评定其强度；对现场零星搅拌的混凝上，宜采用非统计法评定其强度。6.小结序号123456根据设计图纸设计强度等级用于施工配合比的设计计算检测分项工程工程混凝土材质强度，用于分项工程验收或者工序转换参考指标设计计算混凝土构件的受弯、受压承载力时采用。用于分析混凝土构件的开裂、裂缝宽度、变形及计算混凝土构件的受冲切、受扭、受剪等承载力。剪应力和正应力共同作用下结构受力验算及分析设计要求的混凝土强度保证率为95%时，配制强度fcu，o≥fcu，k+1.645σ。σ取值：设计强度等级低于C20时，取4.0；强度等级为C20~C35时，取5.0；强度等级高于C35时，取6.0。边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度为20±2℃，湿度≥95%）养护28天，用标准试验方法测得的结果，用fcu表示按标准方法制作的150mm×l50mm×300mm的棱柱体试件，在温度为20土2℃和相对湿度为95％以上的条件下养护28d，用标准试验方法抗压强度，用fck表示混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。属于复合受力状态下混凝土的强度，目前无常规方法检测，随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大，当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。砼配合比配制强度抗压强度轴心抗压强度轴心抗压拉强度混凝土的抗剪强度施工项目混凝土常用力学强度指标名称定义或检测方法应用砼抗压强度标准值用标准试验方法测得的试验结果具有95%保证率的抗压强度，用符号fcu，k表示划分、评定混凝土强度等级的标准序号12345施工项目钢材常用力学强度指标名称定义或检测方法应用检测钢筋进场材料时实测控制指标评判钢绞线强度合格与否的标准；（预应力张拉验算时参考使用）检测钢筋进场材料时实测控制指标划分钢筋强度等级，评判钢筋强度合格与否的标准检测钢绞线进场材料时实测控制指标拉伸试验中钢筋屈服阶段将发生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度，fy表示按冶金钢材质量控制标准，钢筋材料标准值是取其出厂时的废品限值具有97.73%的保证率且满足结构设计统一标准材料强度标准值95%保证率要求时的极限强度，用符号fptk表示，对于1*7型钢绞线fptk=1860MPa拉伸试验中钢筋达到脆断瞬间的最大强度，fu表示按冶金钢材质量控制标准，钢筋材料标准值是取其出厂时的废品限值具有97.73%的保证率且满足结构设计统一标准材料强度标准值95%保证率要求时的屈服强度，用符号fyk表示拉伸试验中钢绞线达到脆断瞬间的最大强度，fpy表示钢筋屈服强度钢绞线极限抗拉强度标准值钢筋极限抗拉强度钢筋屈服强度标准值钢绞线极限抗拉强度谢谢大家！疏漏之处请各位不吝批评指正！