建筑結構與建筑設備輔導--混凝土材料的力學性能

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(二)混凝土材料的力學性能
     1.混凝土強度標準值
     (1)立方體抗壓強度fcu,k
     混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定,立方體抗壓強度標準值是混凝土種 力學指標的基代表值。
     混凝土的立方體抗壓強度是根據(jù)邊長為150mm的立方體試件,用標準方法制作和養(yǎng) 護(即溫度為20±30C、相對濕度≥90%以上),經(jīng)28天齡期,用標準試驗方法(加荷速度為每秒0.2—0.3N/mm2)進行抗壓試驗,測得的具有95%保證率的抗壓強度極限值。
     我國(混凝土規(guī)范》GB 50010--2002規(guī)定,將混凝土的強度等級分為14級:C15、C20、C25、C30、C35、C40、CA5、C50、C55、C60、C65、(270、C75、C80。符號中C表示混凝土,C后面的數(shù)字表示立方體抗壓強度標準值,單位為N/mm2。
     混凝土的立方體抗壓強度與下列因素有關:
     1)試件表面不涂油的強度大于涂油的強度;
     2)加荷時試件的齡期越早,強度越低;
     3)試件的尺寸越小,強度越高,這種現(xiàn)象稱為尺寸效應。
     (2)軸心抗壓強度標準值兒
     軸心抗壓強度人亦稱為棱柱體抗壓強度。設計中通常采用的構件并不是立方體構件,而是長度往往大于邊長。根據(jù)實驗結果,隨著長度的增加,抗壓強度亦隨之降低,但當長寬比大于一定數(shù)值后,抗壓強度值即趨于定值。試驗中取長寬比大于3的正方形棱柱體作為試塊。應該注意,在新規(guī)范(混凝土規(guī)范》(GB 50010---2002)中,將原規(guī)范(GBJl0--89)中的彎曲抗壓強度fcmk、fcm取消。
     (3)抗拉強度標準值ftk
     混凝土抗拉強度取棱柱體mm:100x100x500的試件,沿試塊軸線兩端預埋鋼筋(其直徑應保證試件受拉破壞時鋼筋不被拉斷,錨固長度應保證破壞時鋼筋不被拔出),通過對鋼筋施加拉力使試件受拉,試件破壞時的平均拉應力即為軸心抗拉強度ft。
     式中 fcu,k以混凝土強度等級值(N/mm2)代入,可求得與立方體抗壓強度標準值相對應的彈性模量。
     混凝土的剪變模量Gc為
     Gc=0.4 Ec (7-32)
     (2)混凝土在長期荷載作用于的變形——徐變
     在荷載的長期作用下,即使荷載維持不變,混凝土的變形仍會隨時間而增長,這種現(xiàn)
    象稱為徐變。
     影響徐變的因素有以下幾方面:
     1)水灰比大,徐變大;水泥用量多,徐變越大;
     2)養(yǎng)護條件好,混凝土工作環(huán)境濕度大,徐變越??;
     3)水泥和骨料的質(zhì)量好、級配好,徐變越小;
     4)加荷時混凝土的齡期越早,徐變越大;
     5)加荷前混凝土的強度越高,徐變越??;
     6)構件的尺寸越大,體表比(即構件的體積與表面積之比)越大,徐變越小。
     徐變在開始發(fā)展很快,以后逐漸減慢,最后趨于穩(wěn)定。通常在前6個月可完成最終徐變量的70%-80%,在第一年內(nèi)可完成90%左右,其余部分在后續(xù)幾年中完成。
     (3)混凝土的收縮與膨脹
     混凝土在空氣中結硬體積會收縮,在水中結硬體積要膨脹。但是,膨脹值要比收縮值小的多,由于膨脹對結構往往是有利的,所以一般不須考慮。
     影響收縮的因素有以下幾方面:
     1)水泥標號越高、用量越多、水灰比越大,收縮越大;
     2)骨料的彈性模量大,收縮越??;
     3)養(yǎng)護條件好,在硬結過程中和使用過程中周圍環(huán)境濕度大,收縮越小;
     4)混凝土振搗密實,收縮越??;
     5)構件的體表比越大,收縮越小。
     收縮變形在開始階段發(fā)展較快,2周可完成全部收縮量的25%,1個月約完成50%,3個月后增長緩慢。
     4。混凝土材料的選用
     鋼筋混凝土結構不宜采用強度過低的混凝土,因為當混凝土強度過低時,鋼筋與混凝土之間的粘結強度太低,將影響鋼筋強度的充分利用。規(guī)范規(guī)定:
     (1)鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C15;
     (2)當采用HRB335級鋼時,混凝土強度等級不宜低于吻;當采用HRB400和RRB400級鋼筋以及對承受重復荷載的構件,混凝土強度等級不得低于C20;
     (3)預應力混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C30;當采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時,混凝土強度等級不宜低于C40。