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土木工程材料第四章 混凝土CONCRETE 2 硬化后混凝土的性质 混凝土是由水泥石和粗、细集料组成的复合材料，它是一种不十分密实的非匀质多项分散体，其力学性能取决于水泥石和集料的性质，以及水泥石与集料的胶接能力。 强度是混凝土硬化后的主要力学性能，也是工程施工中控制和评定混凝土质量的主要指标。它与混凝土的其他性能关系密切。混凝土的强度有抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度等，其中又以抗压强度值最大，是混凝土强度中最主要的性能。它是结构设计的主要参数，也常用作评定混凝土质量的指标。 混凝土受压破坏有三种可能情况：一是集料先破坏；二是水泥石先破坏；三是水泥石与集料界面先破坏。通常配制混凝土的集料强度一般均比水泥石强度高，所以第一种情况不会发生；如果混凝土配制的合理，即选用的水泥强度、水泥用量和用水量合理，并保证施工质量，第二种情况也不会发生；第三种情况可能性最大，也就是破坏最先发生在水泥石与集料（指粗集料）的界面上。 水泥熟料颗粒水化放出大量的Ca2+，泌水作用把Ca2+带到了骨料的下面，并在骨料下富集，形成了界面过渡区，在界面过渡区内水灰比大于水泥石中的水灰比，氢氧化钙平行粗骨料表面，孔隙率大，水化硅酸钙凝较少，所以形成了水泥石与集料之间的薄弱层。 硬化后的混凝土在未受外力之前，其内部已经存在一定的界面微裂缝，这些裂纹主要是由于水泥水化造成的化学收缩而引起水泥石体积变化，使水泥石与集料的界面上产生了分布不均匀的拉应力，从而导致界面上形成了许多微细的裂缝。 另外，也由于混凝土成型后的泌水作用而在粗集料下缘形成水隙，在混凝土硬化后成为界面裂缝。 当混凝土受荷时，这些界面微裂缝会逐渐扩大、延长并汇合连通起来（受力同时混凝土界面会产生应力集中，更加速裂缝的发展），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。在拉伸荷载作用下，微裂缝的扩展比受压荷载作用时更为迅速，混凝土的脆性破坏更明显。 2.1混凝土的强度与强度等级（１）抗压强度标准值和强度等级值 ①立方体抗压强度（fcu）：按照标准的制作方法制成边长为150ｍｍ的正立方体试件，在标准养护条件（温度２０± 2°Ｃ，相对湿度95％以上）下，养护至28ｄ龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度”（以fcu表示, 以Ｎ／ｍｍ2即 ＭＰa） a 混凝土试件受压破坏后形状分析  下图是混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状，请分析试件破坏后所得形状的原因。 b 试件尺寸换算系数讨论 混凝土标准试件为边长150 mm的立方体，以相同的混凝土另制得边长分别为200 mm和100 mm的两种非标准立方体试块，非标准立方体试块的抗压强度为读数值乘以尺寸换算系数。请讨论试件尺寸换算系数。 世界各国用于确定混凝土强度等级的方法尚未统一。美国、日本、国际标准化组织(1S0)、欧洲混凝土委员会(CEB)和国际预应力学会(FIP)等国家和组织规定采用圆柱体作为测定混凝土抗压强度的标准试块。圆柱体的直径为6英寸、高为12英寸(1英寸：25．4mm)，或直径为150mm、高为300mm。俄罗斯、英国、德国等一些国家和我国一样。 混凝土采用标准试件在标准条件下测定其抗压强度，是为了具有可比性。实际工程中，允许采用非标准尺寸的试件，有时也测定非标准养护条件下的混凝土强度，将混凝土试件与工程中的混凝土构件采用同样条件养护，到规定龄期进行试验，用以检验混凝土构件的质量。但在确定混凝土强度等级或进行材料性能研究时，必须采用标准养护。  ②立方体试件抗压强度标准值（fcu，k） 立方体抗压强度（fcu）只是一组混凝土试件抗压强度的算术平均值，并未涉及数理统计和保证率的概念。而立方体抗压强度标准值（fcu,,k）是按数理统计方法确定，具有不低于９５％保证率的立方体抗压强度。 ③强度等级 按照国家标准GB 50010－2002《混凝土结构设计规范》，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值系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％保证率的抗压强度，以fcu，k表示。普通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C80。混凝土强度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同强度等级的混凝土，一般有一定的选用范围。 ①C10～C15——用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。②C20～C25——用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；③C25～C30——用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；④C40～C45——用于预应