混凝土強度隨時間變化趨勢及微裂縫的影響

張賀峰，劉大鵬，屈華靜，邢峻偉，宋 珂

（1.河北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山063009）

0 引 言

隨著社會的進步，經(jīng)濟的發(fā)展，混凝土應(yīng)用逐漸成為主要建筑工程材料，越來越多工程對混凝土的強度要求越來越高越來越精確，往往在施工過程中混凝土就已經(jīng)承受一定的荷載，因此有很大的必要性對混凝土的抗壓強度增長趨勢進行分析研究，混凝土的影響因素是多方面的，包括自身的材料組成養(yǎng)護條件等，而不可避免微裂縫對其強度的影響也是不可避免的。

1 實驗室混凝土配合比的確定

混凝土的強度主要取決于：水泥、水灰比、集料、集灰比及養(yǎng)護條件等因素。水泥的化學(xué)成分主要是硅酸三鈣（C3S）和硅酸二鈣（C2S），其中C3S決定水泥的早期強度，C2S決定水泥的后期強度；同時水泥的細度對混凝土的強度也有一定成度的影響，細度高水花速度快，強度上升快。水灰比也決定著混凝土的強度，水灰比越大混凝土的強度越低，特別是水灰比—空隙率的關(guān)系，即水灰比和振搗程度的關(guān)系，充分密實的混凝土隨水灰比降低二增高。集料的影響取決于集料的形狀、結(jié)構(gòu)和集料的級配，而粗集料的抗壓強度要高于混凝土的抗壓強度，集料的形狀、結(jié)構(gòu)和級配是影響粗細骨料和水泥粘接強度的主要因素，最大粒徑對混凝土的強度也有影響，當(dāng)含粗骨料粒徑大的多時，混凝土強度高。集灰比對混凝土的強度也有很大的影響因素，在水灰比相同的條件下，隨著集灰比的增大混凝土的強度提高。養(yǎng)護條件決定著混凝土強度的上升與能否達到設(shè)計強度，特別是溫度和濕度，在一定條件下，溫度（≥5℃）越高混凝土前期強度上升越快，濕度越大水化越快，混凝土的強度上升的也快。

在實驗室配制的混凝土強度需滿足設(shè)計強度等級[1]，即，不考慮實際施工條件與試驗條件的差別，根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計》（JGJ55-2000），強度配制公式fcu,o：

fcu,o——混凝土配制強度，MPa；

fcu,k——混凝土立方體抗壓強度標準值，MPa；

t——強度保證系數(shù)，當(dāng)強度保證率為95%時，t取1.645；

σ——混凝土強度標準差，MPa。

而本實驗取fcu,o= fcu,k

C40配合比為例：

（1）確定配制強度fcu,o

（2）確定水灰比W／C（fce=50MPa）

（3）確定用水量mwo

坍落度：35～50mm，碎石粒徑：5～20mm，取mwo=200kg

（4）確定水泥用量mco

（5）確定砂率βs

（6）確定1m3砂石用量mso，mgo

最終配合比為：

通過試配確定每盤（30L）最終的配合比如表1

表1 每盤（30L）混凝土的配合比

攪拌時放置順序：石子→水泥→砂子→水，首先待石子、水泥、砂子充分攪拌均勻后再加水?dāng)嚢?分鐘后澆筑，經(jīng)振搗臺振搗60S（具體以混凝土表面不再明顯逸出氣泡為準）密實成型，24小時后脫模。

2 混凝土的強度及分析

混凝土的結(jié)構(gòu)形成過程：澆筑密實成型期、養(yǎng)護和硬化期及使用期。在澆筑密實成型階段為沉降收縮和塑性收縮，養(yǎng)護和硬化期及暴露在環(huán)境中的失水收縮和吸水膨脹。在水中混凝土膨脹，而在空氣中混凝土成型硬化過程收縮。[2]這樣在外界條件影響下微裂縫便產(chǎn)生了。

為確定混凝土的抗壓強度，我國國家標準《GB/T50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》：按標準方法制作邊長為150mm的立方體試件，在標準養(yǎng)護條件下（20℃±2℃，濕度＞90%），養(yǎng)護28天后自然養(yǎng)護。而本實驗采用的是邊長為100mm的立方體試件，取折算系數(shù)為0.95[3]。

本實驗采用液壓式壓力試驗機進行實驗如圖1

圖1 液壓式壓力試驗機

采集得到的數(shù)據(jù)見表2

表2 混凝土強度測試數(shù)據(jù)（KN）

其中：P——為邊長100mm的立方體破壞荷載；A——為立方體截面面積處理后得到的強度數(shù)據(jù)如表3

表3 C40立方體強度（MPa）

試驗數(shù)據(jù)的圖線分析即混凝土的強度變化趨勢：

圖2 28天后強度變化趨勢

3 結(jié) 論

根據(jù)混凝土材料的特點：在承受荷載或外力之前，內(nèi)部就已經(jīng)存在少量分散的、方向不定的微裂縫（寬度一般為2×10-3～5×10-3mm，最長可達1～2mm）。裂縫的發(fā)展需經(jīng)歷一個時間過程后穩(wěn)定的，根據(jù)強度趨勢試驗結(jié)果，說明裂縫到120天時趨于穩(wěn)定，90天正是裂縫延續(xù)發(fā)展過程，這樣由于裂縫產(chǎn)生了，進一步加強了混凝土的水化反應(yīng)。當(dāng)裂縫穩(wěn)定后，其水化反應(yīng)又趨于平緩。這就是我們看到的試驗結(jié)果，28天，60天趨于上升，而90天反而有下降的趨勢，180天又有所上升。即參考文獻：

圖3 混凝土28天標養(yǎng)、后自然養(yǎng)護強度變化趨勢

圖4 混凝土的微裂縫

[1] 張正雄，姚佳良.土木工程材料[M].北京:人民交通出版社,2008.2

[2] 過鎮(zhèn)海.混凝土的強度和本構(gòu)關(guān)系——原理與應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)版社,2004.

[3] 普通混凝土力學(xué)性能試驗方法（GB/T50081-2002）.