混凝土强度分析-土木工程材料

混凝土的强度包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯及握裹强度，其中抗压强度最高，故混凝土主要用来承受压力作用。混凝土的抗压强度是结构设计的主要参数，也是混凝土质量评定的指标。

（1）混凝土标准立方体抗压强度及强度等级

根据《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50081—2019）规定，制作边长150 mm的立方体试件，在标准条件下（温度为（20±2）℃，相对湿度为95%以上，或在温度为（20±2）℃的不流动的Ca（OH）2饱和溶液中），养护到28 d，按规定施加压力，直至破坏，所测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方抗压强度），以“fcu”表示。

测定混凝土抗压强度时，也可采用非标准尺寸试件，然后将测定结果乘以换算系数，换算成相当于标准试件的强度值。对于边长为100 mm的立方体试件，应乘以强度换算系数0.95；对于边长为200 mm的立方体试件，应乘以强度换算系数1.05。

混凝土立方体抗压强度标准值是指具有95%强度保证率的标准立方体抗压强度值，也就是指在混凝土立方体抗压强度测定值的总体分布中，低于该值的百分率不超过5%。

混凝土强度等级是根据混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）来确定，用符号“C”表示，根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010），混凝土强度等级可划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14个等级。

不同工程或用于不同部位的混凝土对强度的要求也不同，一般使用情况如下：

C15~C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；

C25~C30用于大跨度结构、耐久性要求较高的结构、预制构件等；

C30以上用于预应力钢筋混凝土构件、承受动荷结构及特种结构等。

（2）混凝土的轴心抗压强度

轴心抗压强度即棱柱体试件抗压强度，在实际工程中，钢筋混凝土结构构件很少是立方体的，大部分为棱柱体型或圆柱体型。目前我国采用150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件。试验证实：棱柱体试件的轴心抗压强度与立方体试件抗压强度之比为0.70~0.80。

（3）混凝土的抗拉强度

混凝土抗拉强度大致是抗压强度的1/20~1/10（即拉压比），且随抗压强度提高，拉压比下降。虽然在结构设计中通常不直接考虑抗拉强度，但是抗拉强度对减少裂缝有着重要意义，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂度的主要指标。

图5.10　混凝土劈裂抗拉实验装置图(www.xing528.com)

混凝土抗拉试验曾经采用过“∞”字形试件或棱柱体试件直接测定轴向抗拉强度，但是这些方法试验难度大，其试件夹头附近的局部破坏很难避免，而且外力作用线与试件轴心方向不易一致。因此，现在一般以劈裂抗拉强度fst代替抗拉强度，作为衡量混凝土抗拉性能的一个相对指标，劈裂法试验装置如图5.10所示。劈裂抗拉强度fst测定方法的原理是在立方体试件（国际上多用圆柱体试件）两个相对表面的中心线上作用均匀分布的压力后，便能在外力作用的竖向平面内产生均匀分布的拉应力，这个拉伸应力可以根据弹性理论计算得出：

式中：fst——混凝土劈裂抗拉强度，MPa；

P——破坏荷载，N；

A——试件劈裂面面积，mm2。

目前，我国采用150 mm×150 mm×150 mm的立方体试件作为混凝土劈裂抗拉强度的标准立方体试件，若采用100 mm×100 mm×100 mm的立方体非标准试件时，所得劈裂抗拉强度试验结果应乘以换算系数0.85。

（4）抗折强度

评定混凝土抗拉性能的另一种方法是利用其抗折试验强度。抗折试验是用混凝土小梁承受弯曲应力，直到小梁折断，小梁截面上的所能承受的最大应力即为抗折强度（抗弯强度）。抗折强度比“真正”的抗拉强度偏高50%~100%。

（5）抗剪强度

混凝土的抗剪强度为拉压强度的1/6~1/4，约为抗拉强度的2.5倍。由于测试上的困难，目前为止尚没有满意的试验方法能直接测出混凝土的纯剪切强度。

（6）黏结强度

黏结强度指新旧混凝土之间的黏结强度及混凝土与钢筋之间的握裹强度。

（7）疲劳强度

混凝土在无限多次交变荷载作用下，由于疲劳，会在小于静荷载破坏强度时就发生破坏，称为疲劳破坏。混凝土的疲劳强度随荷载循环次数增加而降低。

由于混凝土主要用于承受压力，通常不特别指出时所称混凝土的强度都是指其抗压强度。