文档介绍：第四节混凝土的强度
强度是混凝土硬化后的主要力学性能,并且与其他性质关系密切。按照我国现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》(GBJ81—1985)规定,混凝土强度有立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度和与钢筋的粘结强度等。其中以抗压强度最大,抗拉强度最小(约为抗压强度的1/10~1/20),因此结构工程中混凝土主要用于承受压力。
一、混凝土的立方体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时单位面积所能承受的最大压力。混凝土结构构件常以抗压强度为主要设计依据。
根据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》(GBJ81—1985)制作150mm×150mm×150mm的标准立方体试件,在标准条件(温度20°C±3℃,相对湿度90%以上)下,养护到28d龄期,所测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度(简称立方体抗压强度),以fcu表示采用标准试验方法测定其强度是为了使混凝土的质量有对比性,它是结构设计、混凝土配合比设计和质量评定的重要数据。
在实际的混凝土工程中,其养护条件(温度、湿度)不可能与标准养护条件一样,为了能说明工程中混凝土实际达到的强度,往往把混凝土试件放在与工程实际相同的条件下养护,再按所需的龄期测得立方体试件抗压强度值,作为工地混凝土质量控制的依据。
测定混凝土立方体试件抗压强度,也可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同的试件尺寸。但是在计算其抗压强度时,应乘以换算系数,以得到相当于标准试件的试验结果。
目前,美、日等国家采用机5cm×30cm的圆柱体作为标准试件,所得抗压强度值约等于150mm×150mm×。
为了正确进行结构设计和控制工程质量,根据混凝土立方体抗压强度标准值(以fcu,k表示),将混凝土划分不同的强度等级。混凝土立方体抗压强度标准值,系指按标准方法制作和养护的立方体试件,在28d龄期,用标准试验方法测得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%(即具有强度保证率为95%的立方体抗压强度)。混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值(以N/mm2即MPa计)表示,、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75及C80共16个强度等级。例如,C40表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k=40MPa。
二、混凝土的轴心抗压强度(fcp)
确定混凝土强度等级采用立方体试件,但实际工程中钢筋混凝土构件形式极少是立方体的,大部分是棱柱体形或圆柱体形。为了使测得的混凝土强度接近于混凝土构件的实际情况,在钢筋混凝土结构计算中,计算轴心受压构件(例如柱子、桁架的腹杆等)时,都采用混凝土的轴心抗压强度fcp作为设计依据。
根据国家标准(GBJ81)的规定,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。轴心抗压强度值fcp比同截面的立方体抗压强度值fcu小,棱柱体试件高宽比(h/a)越大,轴心抗压强度越小,但当h/a达到一定值后,强度不再降低。在立方体抗压强度fcu为10~55MPa范围内时,轴心抗压强度fcp≈(-)fcu。
三、混凝土的抗拉强度(fts)
混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10~1/20,并且这个比值随着混凝土强度等级的提高而降低。
由于混凝土受拉时呈脆性断裂,破坏时无明显残余应变,故在钢筋混凝土结构设计中,不考虑混凝土承受拉力,而是在混凝土中配以钢筋,由钢筋来承受结构中的拉力。但混凝土抗拉强度对于混凝土抗裂性具有重要作用,它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标,有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋间的粘结强度,并预测由于干湿变化和温度变化而产生裂缝的情况。
四、混凝土与钢筋的粘结强度
在钢筋混凝土结构中,为使钢筋和混凝土能有效协同工作,混凝土与钢筋之间必须要有适当的粘结强度。
这种粘结强度,主要来源于混凝土与钢筋之间的摩擦力、钢筋与水泥之间的粘结力及变形钢筋的表面机械啮合力。
粘结强度与混凝土质量有关,与混凝土抗压强度成正比,此外,粘结强度还受其他许多因素影响,如钢筋尺寸及变形钢筋种类;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);以及干湿变化、温度变化等。
目前,还没有一种较适当的标准试验能准确测定混凝土与钢筋的粘结强度,为了对比不同混凝土的粘结强度,美国材料试验学会(ASTMC234)提出了一种拔出试验方法。混凝土试件为边长150mm的立方体,其中埋入ø19mm的标准变形钢筋,试验时以不超过34MP