純乾貨!混凝土人必知!混凝土試件的製作、養護、壓強及計算

一、試件的製作

混凝土試件的製作按下列步驟進行:

1 取樣或拌制好的混凝土拌合物應至少用鐵鍁再來回拌合三次。

2 檢查試模尺寸是否符合要求,試模內表面應塗一薄層礦物油或其它不與混凝土發生反應的脫模劑,並選用相應的成型方法:當坍落度不大於70mm時用振動臺振實;大於70mm的宜用搗棒人工搗實。

3 用振動臺振實時:

將混凝土拌合物一次裝入試模,裝料時應用抹刀沿各試模壁插搗,並使混凝土拌合物高出試模口;試模放置在振動臺上,振動時試模不得有任何跳動,振動應持續到表面出漿為止,不得過振。

4 用人工插搗時:

將混凝土拌合物分兩層裝入試模,每層的裝料厚度大致相等;插搗按螺旋方向從邊緣向中心進行,在插搗底層混凝土時,插搗應達到試模底部,插搗上層時,搗棒應貫穿上層後插入下層20~30mm,插搗時搗棒應保持垂直,不得傾斜,然後用抹刀沿試模內壁插拔數次;每層插搗次數,100mm試模不得少於12次,150mm試模不得少於18次;插搗後應用橡皮錘輕輕敲擊四周,直至插搗棒留下的空洞消失為止。

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二、試件的養護

試件成型後應立即用不透水的薄膜覆蓋表面,採用標準養護的試件,應在20±5℃的環境下靜置一晝夜至二晝夜,然後編號、拆模。拆模後立即放入標準養護式中養護。養護室內的試件應放在支架上,彼此間隔10~20mm,試件表面應保持潮溼,並不得被水直接衝淋。標準養護齡期為28d。

三、普通混凝土的強度

強度是混凝土的最重要的力學性能,這是因為任何混凝土結構主要都是用以承受荷載或抵抗各種作用力。在一定的情況下,在工程上還要求混凝土具有其他性能,如不透水性、抗凍性、耐腐蝕性等。但是,這些性質與混凝土強度之間往往促滿載著密切關係。一般來講,混凝土的強度越高,剛性、不透水性、抵抗風化和某些侵蝕介質的能力也愈高;另一方面,輕度越高,往往幹縮也較大,同時較脆,易裂。因此,通常用混凝土強度來評定和控制混凝土的質量以及評價各種因素(如原材料、配合比、製造方法和養護條件等)的影響程度。

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1. 混凝土立方體抗壓強度

定義:按照國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法》(GBJ81-85),製作邊長為150mm的立方體試件,在標準條件(溫度20±3℃,相對溼度90%以上)下,養護到28天齡期,測得的抗壓強度值為混凝土立方體試件抗壓強度(簡稱立方體抗壓強度),以fcu表示。

測定混凝土立方體抗壓強度的意義:採用標準試驗方法測定其強度是為了能使混凝土的質量有對比性。在實際的混凝土工程中,其養護條件(溫度、溼度)不可能與標準養護條件一致,為了能說明工程中混凝土實際達到的強度,往往把混凝土試件放在與工程相同的條件下養護,在按所需的齡期進行試驗,測得立方體試件抗壓強度值作為工地混凝土質量控制的依據。

混凝土試件尺寸的選擇:測定混凝土立方體抗壓強度時,可根據粗集料的最大粒徑選用不同的試件尺寸,但試件邊長不得小於骨料最大粒徑的三倍。在計算時,應乘以換算係數:邊長為100mm時換算係數為0.95,邊長為200mm時換算係數為1.02。如果是φ150×300圓柱體,所得抗壓強度值約等於標準立方體試件抗壓強度的0.8。

2. 混凝土立方體抗壓強度與強度等級

混凝土立方體抗壓標準強度(或稱立方體抗壓強度標準值)係指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強度總體分佈中具有不低於95%的保證率的抗壓強度值,以fcu,k表示。

混凝土強度等級是按混凝土立方體抗壓強度標準強度來劃分的。混凝土強度等級採用符號C+立方體抗壓強度標準值表示。普通混凝土劃分為下列強度等級:C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55及C60等12個等級。混凝土強度等級是混凝土結構設計時強度計算取值的依據,同時也是混凝土施工中控制工程質量和工程驗收時的重要依據。

C7.5~C15 用於墊層、基礎、地坪及受力不大的結構;

C15~C25 用於普通混凝土結構的梁、板、柱、樓梯及屋架等;

C25~C30 用於大跨度結構、耐久性要求較高的結構、預製構件等;

C30以上 用於預應力鋼筋混凝土結構、吊車梁及特種結構等。

3. 混凝土的抗折強度

實際工程中常會出現混凝土在彎曲荷載的作用下發生斷裂破壞的現象,因此,在進行路面結構設計以及混凝土配合比設計時是以抗折強度作為強度指標。按GBJ81-85規定,測定混凝土的抗折強度應採用150mm×150mm×600mm(或550mm)小梁作為標準試件,在標準養護條件下養護28d後,按三分點加荷方式測得其抗折強度,按下式計算:

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式中:

fct——混凝土抗折強度,Mpa;

P——破壞荷載,N;

L——支座間距即跨度,mm;

b——試件截面寬度,mm;

h——試件截面高度,mm;

當採用100mm×100mm×400mm非標準試件時,取得的抗折強度值應乘以尺寸換算係數0.85,如為跨中單點加荷得到的抗折強度,按斷裂力學推導應乘以換算係數0.85。

四、影響普通混凝土強度的因素

混凝土的強度決定於組成混凝土的砂漿、粗集料以及兩者之間界面過渡區的強度。界面過渡區是混凝土中最薄弱的環節,破壞通常先發生在界面過渡區,使得砂漿和粗集料的強度不能充分發揮。一方面過渡區的結合鍵弱;另一方面,水泥水化和凝結時間的體積變化以及混凝土拌合時產生泌水和離析,使得界面過渡區非常薄弱。通常認為集料表面50μm厚度的範圍內為界面過渡區,過渡區的孔隙率高、滲透性強,主要富集取向氫氧化鈣晶體和少量鈣礬石。當水灰比超過0.4時,界面過渡區對混凝土的影響特別顯著。在混凝土中摻入硅灰後,顆粒分佈更加均勻。基體和集料之間的結合力更強,混凝土的粘性改變使得界面過渡區的強度更高、厚度變薄。

普通混凝土受力破壞一般出現在集料和水泥石的分界面上,因為這些部位往往存在孔隙、水隙和潛在裂縫等結構缺陷,是混凝土中最薄弱的環節。這就是常見的黏結面破壞的型式。另外,當水泥石強度較低時,水泥石本身破壞也是常見的破壞型式。在普通混凝土中,集料最先破壞的可能性小,因為集料強度經常大大超過水泥石和黏結面的強度。所以混凝土的強度主要決定於水泥石強度及其集料表面的粘結強度。而水泥石強度及其與集料的粘結強度又與水泥強度等級、水灰比及集料的性質有密切關係。此外,混凝土強度還與施工方法、養護條件、養護齡期等有關。

1. 水泥強度等級和水灰比

水泥是混凝土中的活性組分,其強度的大小直接影響著混凝土強度的高低。試驗表明,在相同配合比的情況下,所用水泥強度等級越高,混凝土的強度也越高;在水泥品種、等級不變時,混凝土的強度主要決定於水灰比。在水泥強度等級相同的情況下,水灰比愈大,混凝土強度愈低;反之混凝土強度愈高。但需指出,如果水灰比過小,拌合物過於乾硬,在異地你的歌施工條件下,無法保證混凝土能被充分震搗密實,混凝土中將出現較多的蜂窩、孔洞,反而導致混凝土強度嚴重下降。

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2. 粗集料與漿料比

混凝土試件在單項壓力荷載作用下,當荷載達到極限荷載的50%~70%時,在內部開始出現垂直裂縫。裂縫形成時的應力大多取決於粗集料的性質。光滑的卵石製成的混凝土的開裂應力較粗糙有稜角的碎石混凝土為低。

集料品種對混凝土強度的影響又與水灰比有關。當水灰比小於0.4,用碎石製成的混凝土強度較卵石的要高,隨著水灰比的增大,集料的影響減小。當水灰比為0.65時,用碎石和卵石製成的混凝土沒有發現強度的差異。

混凝土中水泥漿的體積與集料體積之比,對混凝土的強度也有一定的影響,特別是對高強度等級的混凝土更為明顯。在水灰比相同的條件下,增加漿集比,即增加水泥漿用量,可以獲得更大的流動性,從而使混凝土更易於成型密實,同水泥漿的增加,也可以更有效的包裹集料顆粒,使集料可以通過硬化水泥漿層有效的傳遞荷載,因此適當增加漿集比可以通過混凝土的強度,但當漿集比過大以後,由於水泥漿硬化過程中產生的收縮,會形成微裂縫,反而會降低水泥混凝土的強度。

3. 養護溫度和溼度

混凝土所處的環境和溼度等都是影響混凝土強度的重要因素,它們都是通過水泥水化過程產生的影響而其作用的。溫度是決定水泥水化作用速度快慢的重要條件,養護溫度高,水泥水化速度快,混凝土強度增長快。

混凝土的硬化,原因在於水泥的水化作用。周圍環境的溫度對水化作用進行的速度有顯著影響。但是急速的初期水化會導致水化物分佈不均勻,水化物稠密程度低的區域將成為水泥石中的薄弱點,從而降低整體的強度;水化稠密程度高的區域,水化物包裹在水泥粒子的周圍,會妨礙水化反應的繼續進行,對後期強度的發展不利。

周圍環境的溼度是決定水泥能否正常水化作用的必要條件。澆築後的混凝土所處的環境溼度適當,水泥水化便能順利進行,使混凝土強度得到充分發展。

4. 齡期的影響

混凝土在正常養護條件下,其強度隨著齡期的增加而增長。最初7~14天內,強度增長較快,28天以後增長緩慢。但只要具有一定的溫度和溼度條件,混凝土的強度增長可延續十年之久。

試驗證明:由中等強度等級的普通水泥配製的混凝土,在標準養護條件下,混凝土強度發展大致與齡期的對數成正比關係。(齡期不小於3天)

5. 提高混凝土強度和促進強度發展的主要措施

採用高強度等級水泥或早強型水泥。

減小水灰比

摻加混凝土外加劑和摻合料

採用機械拌合和振搗

採用溼熱處理養護混凝土

五、抗壓強度試驗

立方體抗壓強度試驗按下列步驟進行:

試件從養護室取出後應及時進行試驗,試驗時將試件表面與上下承壓板面擦乾淨。然後將試件安放在試驗機的下壓板上,試件的承壓面應與成型時的頂面垂直,試件的中心應與試驗機下壓板中心對準。開動試驗機。當上壓板與試件接近時,調整球座,使接觸均衡。在試驗過程中應連續均勻地加荷,混凝土強度等級小於C30時,加荷速度取0.3~0.4Mpa/s;混凝土強度等級大於C30且小於C60時,取0.5~0.8 Mpa/s;混凝土強度等級大於C60時,取0.8~1.0MPa/s。當試件接近破壞開始急劇變形時,應停止調整試驗機油門,直至破壞,然後記錄破壞荷載。

混凝土立方體的強度按下式計算:

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式中:

fcc——混凝土立方體抗壓強度,MPa;

F——試件破壞荷載,N;

A——試件承壓面積,mm2。


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