土木工程材料学习课件混凝土强度总结.ppt
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1、Cement Concrete混凝土强度的意义:混凝土强度的意义:强度是混凝土最重要的力学性质,混凝土主要强度是混凝土最重要的力学性质,混凝土主要用于承受荷载或抵抗各种作用力。用于承受荷载或抵抗各种作用力。混凝土强度与混凝土的其它性能关系密切,一混凝土强度与混凝土的其它性能关系密切,一般来说,混凝土的强度愈高,其刚性、不透水般来说,混凝土的强度愈高,其刚性、不透水性、抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也愈高,性、抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也愈高,通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量。通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量。Cement Concrete重庆綦江彩虹桥重庆綦江彩虹桥Cement
2、 ConcreteCement ConcreteCement ConcreteCement ConcreteCement ConcreteCement ConcreteCement ConcreteCement Concrete 对硬化后的水泥混凝土结构,在未受荷载之对硬化后的水泥混凝土结构,在未受荷载之前,由于原因,在混凝土结构内部已存在孔缝前,由于原因,在混凝土结构内部已存在孔缝系统。混凝土结构受荷下的破坏,主要是原有系统。混凝土结构受荷下的破坏,主要是原有孔缝系统的延伸、联生和扩大。孔缝系统的延伸、联生和扩大。混凝土内多余水分的泌水、蒸发形成的毛细孔;混凝土内多余水分的泌水、蒸发形成的毛
3、细孔;温度的变化引起的温度裂缝;温度的变化引起的温度裂缝;湿度变化引起的干缩裂缝;湿度变化引起的干缩裂缝;砂浆和粗骨料之间的不一致变化产生的界面裂砂浆和粗骨料之间的不一致变化产生的界面裂缝等。缝等。Cement Concrete包包 括:括: 抗压强度抗压强度 抗拉强度抗拉强度 抗弯强度抗弯强度 抗剪强度抗剪强度 与钢筋的粘结强度等。与钢筋的粘结强度等。Cement Concrete定义:定义: 混凝土的抗压强度是指标准试件在压力作用混凝土的抗压强度是指标准试件在压力作用下下直到破坏的单位面积所能承受的最大应力直到破坏的单位面积所能承受的最大应力(亦称极限强度)。(亦称极限强度)。混凝土结构物
4、常以抗压强度为主要参数进行设混凝土结构物常以抗压强度为主要参数进行设计,而且抗压强度与其它强度及变形有良好的计,而且抗压强度与其它强度及变形有良好的相关性,因此,抗压强度常作为评定混凝土质相关性,因此,抗压强度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。量的指标,并作为确定强度等级的依据。Cement Concrete依据国家标准依据国家标准普通混凝土力学性能试验方法普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 50081-2002):): 150mm150mm150mm的标准立方体试件,的标准立方体试件,在标准条件(温度在标准条件(温度203,相对湿度,相对湿度90以以上)下,养护到上)下
5、,养护到28d龄期,所测得的抗压强度龄期,所测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度,以值为混凝土立方体抗压强度,以fcu表示。表示。Cement Concretea2aaa圆柱体圆柱体(美、法、日)(美、法、日)立方体立方体(英、德、中)(英、德、中)Cement Concrete依据混凝土立方体抗压强度标准值(以依据混凝土立方体抗压强度标准值(以fcu.k表表示),将混凝土划分为十四个强度等级:示),将混凝土划分为十四个强度等级: C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、 C65、C70、C75和和C80混凝土立方体抗压强度标准值混凝土立方体抗压强度标
6、准值系指对按标准方法制作系指对按标准方法制作和养护的边长为和养护的边长为150mm的立方体试件,在的立方体试件,在28d龄期,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,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强度低于该值的百分率不超过5。Cement ConcreteCement Concrete从从C50C80分为七个等级:分为七个等级:C50 、C55、C60、C65、 C70、C75、C80高强混凝土等级高强混凝土等级Cement Concrete原因:原因:确定混凝土强度等级采用立方体试件,但实际确定混凝土强度等级采用立方体试件,但实际工程
7、中钢筋混凝土结构形式极少是立方体的,工程中钢筋混凝土结构形式极少是立方体的,大部分是棱柱体型或圆柱体型。大部分是棱柱体型或圆柱体型。为了使测得的混凝土强度接近与混凝土结构的为了使测得的混凝土强度接近与混凝土结构的实际情况,在钢筋混凝土结构计算中,计算轴实际情况,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,心受压构件(例如柱子、桁架的腹杆等)时,都是采用混凝土的轴心抗压强度都是采用混凝土的轴心抗压强度fcp作为计算依作为计算依据。据。Cement Concrete根据国家标准根据国家标准普通混凝土力学性能试验方法普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 50081-2002
8、)的规定,轴心抗压强度采)的规定,轴心抗压强度采用:用: 150mm150mm150mm150mm300mm300mm的棱柱体的棱柱体 高宽比(高宽比(h/ah/a2 23 3)的非标棱柱体试件)的非标棱柱体试件棱柱体试件轴心抗压强度棱柱体试件轴心抗压强度fcp比同截面的立方体比同截面的立方体抗压强度值抗压强度值fcu小,棱柱体试件高宽比小,棱柱体试件高宽比h/a越大,越大,轴心抗压强度越小,但当轴心抗压强度越小,但当h/a达到一定值后,强达到一定值后,强度不再降低度不再降低。在立方体抗压强度在立方体抗压强度fcu1055Mpa范围内,轴范围内,轴心抗压强度心抗压强度fcp(0.700.80)
9、fcu。Cement ConcreteCement ConcreteCement ConcreteCement ConcreteCement ConcreteHSCNSCCement Concrete普通混凝土普通混凝土Cement Concrete高强混凝土高强混凝土Cement Concrete轴向应变(轴向应变(mm)应力应力MPa普通混凝土普通混凝土高强混凝土高强混凝土0.006120Cement Concrete混凝土的抗拉强度只有抗压强度的混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/101/20,并且这个比值随着混凝土强度等级的提高而降低。并且这个比值随着混凝土强度等级的提高而降低。混凝土受
10、拉时呈脆性断裂,破坏时无明显残余变混凝土受拉时呈脆性断裂,破坏时无明显残余变形。形。在钢筋混凝土结构设计中,不考虑混凝土承受拉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,由钢筋来承受结力,而是在混凝土中配以钢筋,由钢筋来承受结构中的拉力。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标,有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋间的粘结强度,及预测由于干湿变化和温度变化而产生结强度,及预测由于干湿变化和温
11、度变化而产生的开裂大小的指标。的开裂大小的指标。Cement Concrete早期早期轴向拉伸法。存在荷载不易对准轴线,夹具轴向拉伸法。存在荷载不易对准轴线,夹具处常发生局部破坏,致使准确测试困难;处常发生局部破坏,致使准确测试困难;现行现行劈裂抗拉强度试验法。间接地得出混凝土的劈裂抗拉强度试验法。间接地得出混凝土的抗拉强度,称为劈裂抗拉强度抗拉强度,称为劈裂抗拉强度fts;公路公路抗折强度法。抗折强度法。试件:试件: 边长为边长为150mm的立方体或圆柱体作为标准试件。的立方体或圆柱体作为标准试件。该法的原理该法的原理是在试件的两个相对的表面素线上,是在试件的两个相对的表面素线上,施加均匀分
12、布的压力,这样就能在外力作用的竖向平施加均匀分布的压力,这样就能在外力作用的竖向平面内产生均匀分布的拉应力,该应力可以根据弹性理面内产生均匀分布的拉应力,该应力可以根据弹性理论计算得出。论计算得出。Cement ConcretePPft = P/A横截面积为横截面积为A 直拉试验直拉试验Tension TestingCement Concrete直拉试验直拉试验直拉试验示意图直拉试验示意图Cement Concrete混凝土受拉伸混凝土受拉伸 Cement ConcreteCement Concrete2.4MpaCement Concrete 劈裂抗拉试验劈裂抗拉试验 Splitting T
13、estPPdftsfts = 2P/dll-试件长度试件长度受拉受拉Cement Concrete 式中式中 fts混凝土劈裂抗拉强度(混凝土劈裂抗拉强度(Mpa);); P破坏荷载(破坏荷载(N);); A试件劈裂面积(试件劈裂面积(mm)。)。APAPfts637. 02Cement Concrete 抗折试验抗折试验 Flexural Test PL/3 L/3 L/3 拉拉 压压fbfb = PL / bd2 bd=截面积截面积Cement Concrete试验证明,在相同条件下,混凝土用轴拉法测试验证明,在相同条件下,混凝土用轴拉法测得的轴拉强度,较用劈裂法测得的劈裂抗拉强得的轴拉强
14、度,较用劈裂法测得的劈裂抗拉强度略小,二者比值约为度略小,二者比值约为0.9。混凝土的劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体抗混凝土的劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体抗压强度(压强度(fcu)之间的关系,可用经验公式表达)之间的关系,可用经验公式表达如下:如下: 4/335. 0cutsff Cement Concrete在钢筋混凝土结构中,混凝土用钢筋来增强,在钢筋混凝土结构中,混凝土用钢筋来增强,要使钢筋混凝土这类复合材料有效工作,混凝要使钢筋混凝土这类复合材料有效工作,混凝土与钢筋之间必须要有适当的粘结强度。土与钢筋之间必须要有适当的粘结强度。砼与钢筋的粘结强度的产生:砼与钢筋的粘结强度的产生:
15、混凝土与钢筋之间的摩擦力混凝土与钢筋之间的摩擦力 钢筋与水泥石之间的粘结力钢筋与水泥石之间的粘结力 变形钢筋的表面机械啮合力变形钢筋的表面机械啮合力Cement Concrete混凝土质量与混凝土抗压强度成正比。混凝土质量与混凝土抗压强度成正比。钢筋尺寸及变形钢筋种类;钢筋尺寸及变形钢筋种类;钢筋在砼中的位置(水平钢筋或垂直钢筋);钢筋在砼中的位置(水平钢筋或垂直钢筋);加载类型(受拉钢筋或受压钢筋);加载类型(受拉钢筋或受压钢筋);干湿变化、温度变化等。干湿变化、温度变化等。Cement Concrete 美国材料试验学会(美国材料试验学会(ASTM C234)拔出试验)拔出试验方法:方法:
16、 混凝土试件为边长混凝土试件为边长150mm的立方体,其中埋的立方体,其中埋入入19mm的标准变形钢筋,试验时以不超过的标准变形钢筋,试验时以不超过34Mpa/min的加荷速度对钢筋施加拉力,直到的加荷速度对钢筋施加拉力,直到 钢筋发生屈服;钢筋发生屈服; 混凝土劈开;混凝土劈开; 加荷端钢筋滑移超过加荷端钢筋滑移超过2.5mm。 记录出现上述三种任一情况时的荷载值记录出现上述三种任一情况时的荷载值P ,用,用下式计算混凝土与钢筋的粘结强度。下式计算混凝土与钢筋的粘结强度。Cement Concrete式中式中 fN粘结强度(粘结强度(MPa); d钢筋直径(钢筋直径(mm);); l钢筋埋入
17、混凝土中长度(钢筋埋入混凝土中长度(mm);); P测定的荷载值(测定的荷载值(N)。)。dlPfNCement Concrete砼结构连续性的丧失:砼结构连续性的丧失:硬化后的混凝土在未受到外力作用之前,由于水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泥水化造成的化学收缩和物理收缩化学收缩和物理收缩引起砂浆体积引起砂浆体积的变化,在粗骨料与砂浆的变化,在粗骨料与砂浆界面上产生了分布极不界面上产生了分布极不均匀的拉应力均匀的拉应力,从而导致界面上形成了许多微细,从而导致界面上形成了许多微细的裂缝。的裂缝。另外还因为混凝土成型后的泌水作用,某些上升另外还因为混凝土成型后的泌水作用,某
18、些上升的水分为粗骨料颗粒所阻止,因而聚集于粗骨料的水分为粗骨料颗粒所阻止,因而聚集于粗骨料的下缘,混凝土硬化后就成为的下缘,混凝土硬化后就成为界面裂缝界面裂缝。当混凝。当混凝土受力时,这些预存的界面裂缝会逐渐扩大、延土受力时,这些预存的界面裂缝会逐渐扩大、延长并汇合连通起来,形成可见的裂缝,致使混凝长并汇合连通起来,形成可见的裂缝,致使混凝土结构丧失连续性而遭到完全破坏。土结构丧失连续性而遭到完全破坏。Cement Concrete分:分: 骨料剥离型骨料剥离型 骨料破裂型骨料破裂型 粘结界面破坏型粘结界面破坏型混凝土强度关系式混凝土强度关系式 fcu=f(骨料强度、水泥石强度、界面强度骨料强
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