混凝土强度随时间变化趋势及微裂缝的影响

2011-03-21张贺峰刘大鹏屈华静邢峻伟

华北理工大学学报(自然科学版) 2011年1期

张贺峰，刘大鹏，屈华静，邢峻伟，宋珂

（1.河北理工大学建筑工程学院，河北唐山063009）

0 引言

随着社会的进步，经济的发展，混凝土应用逐渐成为主要建筑工程材料，越来越多工程对混凝土的强度要求越来越高越来越精确，往往在施工过程中混凝土就已经承受一定的荷载，因此有很大的必要性对混凝土的抗压强度增长趋势进行分析研究，混凝土的影响因素是多方面的，包括自身的材料组成养护条件等，而不可避免微裂缝对其强度的影响也是不可避免的。

1 实验室混凝土配合比的确定

混凝土的强度主要取决于：水泥、水灰比、集料、集灰比及养护条件等因素。水泥的化学成分主要是硅酸三钙（C3S）和硅酸二钙（C2S），其中C3S决定水泥的早期强度，C2S决定水泥的后期强度；同时水泥的细度对混凝土的强度也有一定成度的影响，细度高水花速度快，强度上升快。水灰比也决定着混凝土的强度，水灰比越大混凝土的强度越低，特别是水灰比—空隙率的关系，即水灰比和振捣程度的关系，充分密实的混凝土随水灰比降低二增高。集料的影响取决于集料的形状、结构和集料的级配，而粗集料的抗压强度要高于混凝土的抗压强度，集料的形状、结构和级配是影响粗细骨料和水泥粘接强度的主要因素，最大粒径对混凝土的强度也有影响，当含粗骨料粒径大的多时，混凝土强度高。集灰比对混凝土的强度也有很大的影响因素，在水灰比相同的条件下，随着集灰比的增大混凝土的强度提高。养护条件决定着混凝土强度的上升与能否达到设计强度，特别是温度和湿度，在一定条件下，温度（≥5℃）越高混凝土前期强度上升越快，湿度越大水化越快，混凝土的强度上升的也快。

在实验室配制的混凝土强度需满足设计强度等级[1]，即，不考虑实际施工条件与试验条件的差别，根据《普通混凝土配合比设计》（JGJ55-2000），强度配制公式fcu,o：

fcu,o——混凝土配制强度，MPa；

fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，MPa；

t——强度保证系数，当强度保证率为95%时，t取1.645；

σ——混凝土强度标准差，MPa。

而本实验取fcu,o= fcu,k

C40配合比为例：

（1）确定配制强度fcu,o

（2）确定水灰比W／C（fce=50MPa）

（3）确定用水量mwo

坍落度：35～50mm，碎石粒径：5～20mm，取mwo=200kg

（4）确定水泥用量mco

（5）确定砂率βs

（6）确定1m3砂石用量mso，mgo

最终配合比为：

通过试配确定每盘（30L）最终的配合比如表1

表1 每盘（30L）混凝土的配合比

搅拌时放置顺序：石子→水泥→砂子→水，首先待石子、水泥、砂子充分搅拌均匀后再加水搅拌3分钟后浇筑，经振捣台振捣60S（具体以混凝土表面不再明显逸出气泡为准）密实成型，24小时后脱模。

2 混凝土的强度及分析

混凝土的结构形成过程：浇筑密实成型期、养护和硬化期及使用期。在浇筑密实成型阶段为沉降收缩和塑性收缩，养护和硬化期及暴露在环境中的失水收缩和吸水膨胀。在水中混凝土膨胀，而在空气中混凝土成型硬化过程收缩。[2]这样在外界条件影响下微裂缝便产生了。

为确定混凝土的抗压强度，我国国家标准《GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法》：按标准方法制作边长为150mm的立方体试件，在标准养护条件下（20℃±2℃，湿度＞90%），养护28天后自然养护。而本实验采用的是边长为100mm的立方体试件，取折算系数为0.95[3]。

本实验采用液压式压力试验机进行实验如图1

图1 液压式压力试验机

采集得到的数据见表2

表2 混凝土强度测试数据（KN）

其中：P——为边长100mm的立方体破坏荷载；A——为立方体截面面积处理后得到的强度数据如表3

表3 C40立方体强度（MPa）

试验数据的图线分析即混凝土的强度变化趋势：

图2 28天后强度变化趋势

3 结论

根据混凝土材料的特点：在承受荷载或外力之前，内部就已经存在少量分散的、方向不定的微裂缝（宽度一般为2×10-3～5×10-3mm，最长可达1～2mm）。裂缝的发展需经历一个时间过程后稳定的，根据强度趋势试验结果，说明裂缝到120天时趋于稳定，90天正是裂缝延续发展过程，这样由于裂缝产生了，进一步加强了混凝土的水化反应。当裂缝稳定后，其水化反应又趋于平缓。这就是我们看到的试验结果，28天，60天趋于上升，而90天反而有下降的趋势，180天又有所上升。即参考文献：