硬化混凝土

混凝土在受力以前，內部就已存在著原生界面裂縫。原因有：首先，混凝土拌和物在硬化過程中，水泥漿產生的化學收縮與物理收縮由於受到骨料的約束作用，會在水泥石內部及漿一骨界面上產生分佈極不均勻的拉應力。據資料，當水泥漿有0..3%的體積收縮時，這些部位就將出現局部的微細裂縫；其次，溫度、濕度的變化會引起不同彈性模量的水泥石與骨料的不同體積變形，導致在漿——骨界面產生應力集中而形成微細裂縫。此外，拌和物倘若泌水在骨料下部積聚，待硬化乾燥后也將形成界面裂縫，這些界面裂縫已為電子顯微鏡和X射線所揭示和證實。

當混凝土受到壓力荷載作用時，很容易在楔形的微裂縫尖端形成應力集中，隨著外力的逐漸增大，微裂縫會進一步延伸、連通、擴大，最後形成幾條肉眼可見的裂縫而破壞。混凝土在外力作用下的變形和破壞過程，也就是內部裂縫的發生和發展過程，它是一個從量變到質變的過程。只有當混凝土內部的微觀破壞發展到一定量級時，才會使混凝土的整體’遭受破壞。

根據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002），混凝土的抗壓強度分建築材料為立方體抗壓強度和軸心抗壓強度。

①混凝土立方體抗壓強度（ ）

根據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）規定，混凝土立方體抗壓強度是指按標準方法製作的標準尺寸的立方體試件，在標準養護條件下（（）℃，相對濕度為95%以上，或置於（）℃的不流動的 飽和溶液中）養護到28d齡期，以標準試驗方法測得的抗壓強度值，以符號 表示，可按下式計算：

式中： ——立方體抗壓強度（MPa）；

F——試件破壞荷載（N）；

A——試件承壓面積（mm²）。

測定混凝土立方體抗壓強度，也可採用非標準尺寸試件，其尺寸應根據粗骨料最大粒徑而定。但在計算其抗壓強度時，應乘以相應換算係數得到相當於標準試件的試驗結果。

為了正確進行結構設計和控制施工質量，根據混凝土立方體抗壓強度標準值，將混凝土劃分為14個強度等級。混凝土立方體抗壓強度標準值是指按標準方法製作和養護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標準試驗方法測得的具有95%強度保證率的抗壓強度。混凝土強度等級採用符號C與立方體抗壓強度標準值（以MPa計）表示。共分為C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80 14個強度等級。

②混凝土的軸心抗壓強度

在實際工程中，鋼筋混凝土結構的形式大部分是稜柱體（或圓柱體），為了使混凝土強度測定條件盡量與結構受力情況相接近，在鋼筋混凝土結構設計時，計算軸心受壓構件都是採用混凝土的軸心抗壓強度作為計算依據。由稜柱體試件測得的抗壓強度稱為軸心（稜柱體）抗壓強度，以“ ”表示。採用的稜柱體試件作為軸心抗壓強度的標準試件。若有必要可採用非標準尺寸的稜柱體試件，但其高寬比（試件高度與受壓端面邊長之比）應在2～3的範圍內。高寬比越大，軸心抗壓強度越小；但到一定值后，強度就不再降低，因為這時試件的中間區段已無環箍效應，形成了純壓狀態，過高的試件在破壞前由於失穩將產生較大的偏心荷載，又會降低抗壓強度測定值。

混凝土的抗拉強度只有抗壓強度的，且隨著混凝土強度等級的提高，這個比值有所降低。因此，混凝土在工作時一般不依靠其抗拉強度。但混凝土的抗拉強度對抵抗裂縫的產生有著重要意義，在結構計算中抗拉強度是確定混凝土抗裂度的重要指標，有時也用來間接衡量混凝土與鋼筋間的黏結強度及預測由於乾濕變化和溫度變化而產生的裂縫。

混凝土抗拉強度測定應採用軸拉試件，因此過去多用8字形或稜柱體試件直接測定混凝土軸心抗拉強度。但是這種方法由於夾具附近局部破壞很難避免，而且外力作用線與試件軸心方向不易調成一致而較少採用。目前我國採用劈裂抗拉試驗來測定混凝土的抗拉強度。劈裂抗拉強度測定時，對試件前期製作方法、試件尺寸、養護方法及養護齡期等的規定，與檢驗混凝土立方體抗壓強度的要求相同。該方法的原理是在試件兩個相對的表面軸線上，作用著均勻分佈的壓力，這樣就能使在此外力作用下的試件豎向平面內，產生均布拉應力。該拉應力可以根據彈性理論計算得出。這個方法克服了過去測試混凝土抗拉強度時出現的一些問題，並且也能較準確地反映試件的抗拉強度。

劈裂抗拉強度應按下式計算：

式中： ——混凝土劈裂抗拉強度（MPa）；

F——破壞荷載（N）；

A——試件劈裂面積（mm²）。

混凝土劈裂抗拉強度比軸心抗拉強度低，試驗證明兩者的比值為0.9左右。

抗折強度（又稱彎曲抗拉強度）是混凝土的一項重要強度指標。彎曲破壞是鋼筋混凝土結構破壞的主要形式，例如，路面、橋樑以及工業與民用建築中的梁、板、柱等。由於混凝土的脆性使結構破壞時沒有明顯的特徵，故稱為抗折強度。測定時，應採用(或550mm)的小梁作為標準試件，在標準條件下養護28d，按三分點載入方式測試。混凝土抗折強度 按下式計算：

式中： ——混凝土的抗折強度（MPa）；

——試件破壞荷載（N）；

L——支座間距（mm）；

b——試件寬度（mm）；

h——試件高度（mm）。

如為跨中單點加荷得到的抗折強度，應乘以折算係數0.85。

在鋼筋混凝土結構中，混凝土用鋼筋增強，為使鋼筋混凝土這類複合材料能有效工作，混凝土與鋼筋之間必須要有適當的握裹強度。這種黏結強度主要來源於混凝土與鋼筋之間摩擦力、鋼筋與水泥之間的黏結力、混凝土與鋼筋表面的機械嚙合力。握裹強度與混凝土質量有關，與混凝土抗壓強度成正比。此外，握裹強度還受其他許多因素影響，如鋼筋尺寸及鋼筋種類；鋼筋在混凝土中的位置（水平鋼筋或垂直鋼筋）；載入類型（受拉鋼筋或受壓鋼筋）；以及環境的乾濕變化、溫度變化等。

通過對混凝土強度影響因素的分析，提高混凝土強度的措施有：

（1）採用強度等級高的水泥；

（2）採用低水灰比；

（3）採用有害雜質少、級配良好、顆粒適當的骨料和合理砂率；

（4）採用合理的機械攪拌、振搗工藝；

（5）保持合理的養護溫度和一定的濕度，可能的情況下採用濕熱養護；

（6）摻入合適的混凝土外加劑和摻和料。