1.强度简介
强度是混凝土凝结硬化后的主要力学性能，按现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）规定，混凝土强度包括立方体抗压强度、轴心抗压强度和立方体劈裂抗拉强度等。
（1）立方体抗压强度。
①立方体抗压强度（fcu）的测定。按标准的制作方法制作边长为150 mm 的立方体试件，在标准养护条件（温度为20 ℃±2 ℃，相对湿度为95%以上）下，养护至28 d龄期，按标准测定方法测得的抗压强度值称为混凝土立方体试件抗压强度，用fcu表示，按式（5-2）计算。
式中 F——试件破坏荷载（N）；
A——试件承压面积（mm2）。
以三个试件为一组，以三个试件强度的算术平均值作为强度代表值。
若按非标准尺寸试件测得的立方体抗压强度，应乘以换算系数，见表5-14。
表5-14 试件尺寸及其强度换算系数
②立方体抗压强度标准值（fcu，k）。混凝土立方体抗压强度标准值是指按标准的制作方法制作和养护边长为150 mm 的立方体试件，在28 d龄期，按标准测定方法测得的具有95%保证率的抗压强度，用fcu，k表示。
③强度等级。混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的强度等级表示方法，是用符号C和立方体抗压强度标准值来表示。如“C40”即混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k＝40 MPa。现行国家标准《混凝土结构设计规范（2015年版）》（GB 50010—2010）规定，混凝土强度等级分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80十四个强度等级。
（2）轴心抗压强度（fcp）。混凝土的立方体抗压强度只是评定强度等级的标志，不能直接作为结构设计的依据。为符合实际情况，在结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度（棱柱体强度）。
按现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）规定，采用尺寸为150 mm×150 mm×300 mm 的棱柱体作为标准试件，轴心抗压强度（fcp）按式（5-3）计算。一般情况下，轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值为0.7～0.8。
式中 F——试件破坏荷载（N）；
A——试件承压面积（mm2）。
（3）立方体劈裂抗拉强度（fts）。混凝土在直接受拉时，很小的变形就会开裂。混凝土抗拉强度只有抗压强度的1/20～1/10，且随强度等级的提高比值有所降低。因此，混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度，但抗拉强度对开裂具有重要的意义，是确定混凝土抗裂度的重要指标。
按现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）规定，采用尺寸为150 mm×150 mm×150 mm 的立方体作为标准试件，在立方体试件中心面内用圆弧状钢垫条辅助上下压板施加两个方向相反、均匀分布的压应力。当压力增大至一定程度时，试件就沿此平面劈裂破坏，这样测得的强度称为立方体劈裂抗拉强度，简称劈拉强度（fts），按式（5-4）计算：
式中 F——试件破坏荷载（N）；
A——试件承压面积（mm2）。
2.影响混凝土强度的因素
（1）材料组成。
①水泥强度和水胶比。普通混凝土的强度主要来源于水泥石，在配合比相同的条件下，水泥强度等级越高，则混凝土强度也越高。当水泥品种及强度等级相同时，混凝土强度取决于水胶比的大小。一般来说，水泥水化需要水量仅占水泥质量的25%左右，即水胶比为0.25即可保证水泥完全水化，但拌制混凝土拌合物时，为获得必要的流动性，通常加入较多的水，即采用较大水胶比。但用水量过大时，混凝土硬化后，多余的水分就挥发而形成众多孔隙，影响混凝土强度和耐久性。因此，水泥强度等级相同时，水胶比越小，混凝土强度越高，根据混凝土研究和实践经验，混凝土强度与水胶比、水泥实际强度关系按式（5-5）计算：
式中 fcu，28——混凝土28 d的立方体抗压强度（MPa）；
B/W——胶水比，是指胶凝材料用量与水的质量比，胶凝材料包括水泥和活性矿物掺合料；
αa，αb——回归系数，与骨料品种有关，按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）规定，碎石分别为0.53、0.20，卵石分别为0.49、0.13；
fce——水泥的实际强度，可经过试验测定，也可用下列经验公式（5-6）计算：
fce，g——水泥强度等级的标准值（MPa）；
γc——水泥强度等级的富余系数，可按实际统计资料确定；当无实际统计资料时，也可按表5-15选用。
表5-15 水泥强度等级值的富余系数
②骨料特征。骨料对混凝土的强度有明显影响，特别是粗骨料的形状与表面特征与强度有着直接的关系。在我国现行混凝土强度公式中，表面粗糙、有棱角的碎石和表面光滑圆润的卵石所对应的回归系数αa 和αb 均不同。(www.xing528.com)
动画：强度与养护
③浆集比。混凝土中水泥浆的体积和骨料体积之比值，对混凝土强度也有一定影响。特别是高强度混凝土更为明显，就混凝土强度而言，存在着最优浆集比。在水胶比相同的条件下，在达到最优浆集比后，混凝土强度随浆集比的增加而降低。
（2）养护条件（温度、湿度）。混凝土拌合物浇捣完毕后，必须保持适当的湿度和温度，使水泥充分水化，以保证混凝土强度不断提高。
混凝土浇筑后，必须有较长时间在潮湿环境下养护。当湿度适当时，水泥水化才能顺利进行，混凝土强度才能充分发展；如果湿度不够，混凝土会失水干燥，影响水泥水化正常进行甚至停止水化。这会严重降低混凝土强度，同时因为水泥水化未完成，使混凝土结构疏松，渗水性增大或产生干缩裂缝，从而影响混凝土耐久性。具体影响规律如图5-6所示。
一般来说，水泥水化和混凝土强度发展的速度随环境温度的上升而增加，如图5-7所示。当温度降至0 ℃时，混凝土中水分大部分结冰，水泥水化基本停止，混凝土强度停止增长，严重时由于孔隙内水分结冰引起体积膨胀，特别是水化初期，混凝土强度较低时，遭遇严寒会引起混凝土崩溃。
图5-6 湿度条件对混凝土强度的影响
1—空气中养护；2—九个月后水中养护；3—三个月后水中养护；4—标准湿度下养护
图5-7 养护温度对混凝土强度的影响
（3）龄期。混凝土在正常养护条件下，强度随龄期的增长而增长，初期增长较快，后期增长缓慢，但在空气中养护时，后期强度会略有降低。
在标准养护条件下，混凝土强度与龄期的对数大致成正比，如图5-8所示。工程中常利用这一关系，根据混凝土早期强度估算其后期强度，具体关系式见式（5-7）。
图5-8 混凝土强度与龄期关系
（a）龄期为常数坐标；（b）龄期为对数坐标
式中 fn——n d龄期的混凝土抗压强度（MPa）；
f28——28 d龄期的混凝土抗压强度（MPa）；
n——养护龄期（d），n≥3。
（4）试验条件。同一批次混凝土，如果试验条件不同，所测得的混凝土强度值仍会有所差异，试验条件主要是指试件形状与尺寸、试件湿度、试件温度、支承条件和加载方式等。一般情况下，试件尺寸越大，测得的强度值越小；试件表面与压板之间摩擦越小，测得的强度值越小；加荷速度越快，测得的强度越大。
混凝土强度检测
环箍效应
动画：混凝土抗压破坏
测定混凝土立方体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大粒径的尺寸选用不同试件的尺寸。但是试件尺寸不同、形状不同，会影响试件的抗压强度测定结果。因为混凝土试件在压力机上受压时，在沿加荷方向发生纵向变形的同时，也按泊松比效应产生横向膨胀。而钢制压板的横向膨胀较混凝土小，因而，在压板与混凝土试件受压面形成摩擦力，对试件的横向膨胀起着约束作用，这种约束作用称为“环箍效应”。
3.提高混凝土强度的措施
（1）采用高强度等级或早强型水泥。在混凝土配合比相同的条件下，水泥强度等级越高，混凝土28 d龄期的强度值就越大；采用早强型水泥可提高混凝土的早期强度，加快施工进程。
（2）采用较小的水胶比，增加混凝土密实度。降低水胶比，增加混凝土的密实度，则混凝土的强度明显提高；但降低水胶比会导致混凝土拌合物和易性降低，因此，必须有相应的技术措施配合，如采用机械强力振捣、掺加提高和易性的外加剂等。
（3）采用蒸汽养护、蒸压养护。蒸汽养护是将混凝土放在温度低于100 ℃的常压蒸汽中养护，一般混凝土经过16～20 h蒸汽养护后，其强度可达正常混凝土28 d强度的70%～80%；蒸汽养护最适宜的温度随水泥品种不同而变化，用普通水泥时，最适宜温度为80 ℃左右，而用矿渣水泥和火山灰水泥时，则为90 ℃左右。蒸汽养护方法主要用于提高混凝土早期强度。
蒸压养护是将浇筑完的混凝土构件静停8～10 h后，放入蒸压釜内，通入高温高压饱和蒸汽养护使水泥水化加速、硬化加快、提高混凝土强度。
（4）掺加外加剂。在混凝土中掺加外加剂可改善混凝土技术性质。掺加早强剂可以提高混凝土的早期强度。掺加减水剂可减少混凝土拌合物用水量，降低水胶比，提高混凝土的强度。还可采取掺加细度大且活性高的混合材料（如硅灰、粉煤灰、磨细矿渣粉等）或树脂，并严格控制混凝土的施工工艺等措施。
（5）采用机械搅拌、振捣成型。机械施工更有利于混凝土拌合物均匀及流动性增大，以更好地充满模板，提高混凝土密实度和强度。在水胶比较小的情况下，效果显著。
同条件养护是指试块和构件在同样温度、湿度环境下进行养护，作为构件的拆模、出池、出厂、吊装、张拉、放张、临时负荷和继续施工及结构验收的依据。同条件养护试件应在达到等效养护龄期时进行强度试验，等效养护龄期可取按日平均温度逐日累计达到600℃时所对应的龄期，0 ℃及以下温度不计入；等效养护龄期不应小于14 d，也不宜大于60 d。
自然养护是在室外自然环境中（自然温度、湿度条件下）养护，但混凝土表面要洒水或覆盖保湿材料，防止水分从混凝土表面蒸发损失。
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