【導(dǎo)讀】用于土建工程的材料總稱為建筑材料或土木工程材料。材料費(fèi)用一般占建筑工程總造價(jià)的50-70%；“十五”期間我國全社會固定資產(chǎn)投資總規(guī)模為22～24萬億元。要轉(zhuǎn)化為對建材業(yè)的需求，尤其是對水泥產(chǎn)品的需求。2020年，我國共生產(chǎn)水泥約70000萬噸，比2020年大幅增長了12.7%，占世界產(chǎn)量的三分之一左右，超過亞洲產(chǎn)量的50%強(qiáng)。泥行業(yè)，為我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。2020年水泥產(chǎn)量的大幅度增長與我國持續(xù)快速穩(wěn)定增長的宏觀經(jīng)濟(jì)形勢密切相關(guān)。國經(jīng)濟(jì)增長速度將達(dá)到8％，GDP將突破10萬億元大關(guān)。掌握常用材料的選用原則和方法。無機(jī)非金屬建筑材料的化學(xué)組成以各種氧化物含量來表示。礦物組成是無機(jī)非金屬材料中化合物存在的基本形式。其尺寸約為毫米級大小，以及更大。玻璃體是化學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，容易與其它物體。亞微觀結(jié)構(gòu)也稱作細(xì)觀結(jié)構(gòu)，是介于微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)形式。的粗細(xì)及其金相組織，木材的木纖維，混凝土中的孔隙及界面等。

　　

【正文】 定其抗壓強(qiáng)度值，稱為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度 ”（以 fcu 表示 , 以Ｎ／ｍｍ 2 即 ＭＰ a） ?測定混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度，也可以按粗骨料最大粒徑的尺寸而選用不同的試件尺寸。但在計(jì)算其抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)乘以換算系數(shù)，以得到相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)試件的試驗(yàn)結(jié)果。 ?（對于邊長為 100ｍｍ的 立方體試件，換算系數(shù)為 ；邊長為 200ｍｍ的立方體試件，換算系數(shù)為 ）。 ?②立方體試件抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（ fcu， k） 立方體抗壓強(qiáng)度（ fcu）只是一組混凝土試件抗壓強(qiáng)度的算術(shù)平均值，并未涉及數(shù)理統(tǒng)計(jì)和保證率的概念。而立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（ fcu,k）是按數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定，具有不低于９５％保證率的立方體抗壓強(qiáng)度。 ?③強(qiáng)度等級 混 凝土的 “強(qiáng) 度等級 ”是根 據(jù) “立方體 抗壓強(qiáng) 度標(biāo)準(zhǔn) 值 ”來確定 的。我國 現(xiàn)行規(guī) 范（ GB/T50081——2020）規(guī)定，普通混凝土按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分為：Ｃ Ｃ 1 CC2 C C C4 C50、 C55 等強(qiáng)度等級。 ?(2)軸心抗壓強(qiáng)度（ fcp） 為了使測得的混凝土強(qiáng)度接近于混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算軸心受壓構(gòu)件（例如柱子、衍架的腹桿等）時(shí)，都是采用混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度作為依據(jù)。 我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ /T50081——2020）規(guī)定，測定軸心抗壓強(qiáng)度采用 １５０ １５０ ３００ｍｍ棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件。試驗(yàn)證明，棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值為 ～ 。 ?(3)劈裂抗拉強(qiáng)度（ fts） 我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用標(biāo)準(zhǔn) 試件１５０ｍｍ立方體，按規(guī)定的劈裂抗拉試驗(yàn)裝置測得的強(qiáng)度為劈裂抗拉強(qiáng)度，簡稱劈拉強(qiáng)度 fts 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算： 金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理實(shí)施細(xì)則 浙江省水利水電建筑監(jiān)理公司 金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理部 25 ?式中 fts——混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度， MPa； F——破壞荷載，Ｎ； Ａ ——試件劈裂面面積， mm2。 ?(4) 混凝土抗彎強(qiáng)度 ( fcf ) 道路路面或機(jī)場跑道用混凝土，是以抗彎強(qiáng)度（或稱抗折強(qiáng)度）為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。 水泥混凝土的抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)是以標(biāo)準(zhǔn)方法制備成 150mm 150mm 550mm 的梁形試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)２８ｄ后，按三分點(diǎn)加荷，測定其抗彎強(qiáng)度 （ fcf ），按下式計(jì)算： ?式中 fcf——混凝土抗彎強(qiáng)度，ＭＰ； F——破壞荷載，Ｎ； Ｌ ——支座間距， mm； ｂ ——試件截面寬度， mm； ｈ ——試件截面高度， mm； 如為跨中單點(diǎn)加荷得到的抗折強(qiáng)度，按斷裂力學(xué)推導(dǎo)應(yīng)乘以折算系數(shù) 。 ? 影響混凝土強(qiáng)度的因素 影響混凝土強(qiáng)度的主要因素有： （ 1）水泥強(qiáng)度與水灰比 水泥是混凝土中的活性組分，其強(qiáng)度大小直接影響著混凝土強(qiáng)度的高低。在配合比相同的條件下，所用的水泥標(biāo)號越高，制成的混凝土強(qiáng)度也越高。當(dāng)用同一品種同一標(biāo)號的水泥時(shí)，混凝土的強(qiáng)度主要取決于水灰比。因?yàn)樗嗨瘯r(shí)所需的結(jié)合水，一般只占水泥重量的２３％左右，但在拌制混凝土混合物時(shí)，為了獲得必要的流動性，常需用較多的水（約占水泥重量的４０～７０％）。混凝土硬化后，多余的水分蒸發(fā)或殘存在混凝土中，形成毛細(xì)管、氣孔或水泡，它們減少了混凝土的有效斷面，并可能在受力時(shí)于氣孔或水泡周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，使混凝土強(qiáng)度下降。 ?在保 證施工質(zhì)量的條件下，水灰比愈小，混凝土的強(qiáng)度就愈高。但是，如果水灰比太小，拌合物過于干澀，在一定的施工條件下，無法保證澆灌質(zhì)量，混凝土中將出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，也將顯著降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。試驗(yàn)證明，混凝土強(qiáng)度，隨水灰比增大而降低，呈曲線關(guān)系，而混凝土強(qiáng)度與灰水比呈直線關(guān)系 ?（圖 4－ 3）。 金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理實(shí)施細(xì)則 浙江省水利水電建筑監(jiān)理公司 金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理部 26 ?水泥石與骨料的粘結(jié)情況與骨料種類和骨料表面性質(zhì)有關(guān)，表面粗糙的碎石比表面光滑的卵石（礫石）的粘結(jié)力大，硅質(zhì)集料與鈣質(zhì)集料也有分別。在其他條件相同的情況下，碎石混凝土的強(qiáng)度比卵石混凝土的強(qiáng)度高。 根據(jù)大量試驗(yàn)建立 的混凝土強(qiáng)度公式： ?式中 fcu,0——混凝土 28 天抗壓強(qiáng)度 , ＭＰ a； fce——水泥的實(shí)際強(qiáng)度 ,ＭＰ a； Ｃ／Ｗ ——灰水比； Ｃ ——每立方米混凝土中水泥用量 , kg。 ｗ ——每立方米混凝土中用水量 , kg。 α a,α b 為回歸系數(shù)，與骨料品種、水泥品種有關(guān)，其數(shù)值可通過試驗(yàn)求得?！镀胀ɑ炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)規(guī)程》（ JGJ55—2020）提供的α a 、 α b 經(jīng)驗(yàn)值為： 采用碎石：α a= α b＝ 采用卵石：α a= α b = ?（ 2）養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度 混凝土強(qiáng)度的增長，是水泥的水化、凝結(jié)和硬化的過程，必須在一定的溫度和濕度條件下進(jìn)行。在保證足夠濕度情況下，不同養(yǎng)護(hù)溫度，其結(jié)果也不相同。溫度高，水泥凝結(jié)硬化速度快，早期強(qiáng)度高，所以在混凝土制品廠常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方法提高構(gòu)件的早期強(qiáng)度，以提高模板和場地周轉(zhuǎn)率。低溫時(shí)水泥混凝土硬化比較緩慢，當(dāng)溫度低至 0176。Ｃ以下時(shí)，硬化不但停止，且具有冰凍破壞的危險(xiǎn)。水泥的水化必須在有水的條件下進(jìn)行，因此，混凝土澆筑完畢后，必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?，以保證混凝 土不斷地凝結(jié)硬化。 ?(3) 齡期 在正常養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度的增長遵循水泥水化歷程規(guī)律，即隨著齡期時(shí)間的延長，強(qiáng)度也隨之增長。最初７～１４ｄ內(nèi)，強(qiáng)度增長較快，２８ｄ以后增長較慢。但只要溫濕度適宜，其強(qiáng)度仍隨齡期增長。 普通水泥制成的混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，其強(qiáng)度的發(fā)展，大致與其齡期的對數(shù)成正比（齡期不小于三天） ?實(shí)際工程中利用混凝土的成熟度來估算混凝土強(qiáng)度也是一種有效的方法。混凝土的成熟度是指混凝土所經(jīng)歷的時(shí)間和溫度的乘積的總和，單位為 h℃。當(dāng)混凝土的初始溫度在某一范圍內(nèi)，并且在所經(jīng)歷的 時(shí)間內(nèi)不發(fā)生干燥失水的情況下，混凝土強(qiáng)度和成熟度的對數(shù)成線性關(guān)系。 ?（ 4）施工質(zhì)量 施工質(zhì)量的好壞對混凝土強(qiáng)度有非常重要的影響。施工質(zhì)量包括配料準(zhǔn)確，攪拌均勻，振搗密實(shí)，養(yǎng)護(hù)適宜等。任何一道工序忽視了規(guī)范管理和操作，都會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低。 (5) 試驗(yàn)條件 金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理實(shí)施細(xì)則 浙江省水利水電建筑監(jiān)理公司 金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理部 27 試驗(yàn)條件對混凝土強(qiáng)度的測定也有直接影響。如試件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及溫濕度等，測定時(shí)，要嚴(yán)格遵照試驗(yàn)規(guī)程的要求進(jìn)行，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。 ? 提高混凝土強(qiáng)度的措施 （ 1）選用高強(qiáng)度水泥和低水灰比 水泥是混凝土中的活性組分，在相 同的配合比情況下，所用水泥的強(qiáng)度等級越高，混凝土的強(qiáng)度越高。水灰比是影響混凝土程度的重要因素，試驗(yàn)證明，水灰比增加 １％，則混凝土強(qiáng)度將下降５％，在滿足施工和易性和混凝土耐久性要求條件下，盡可能降低水灰比和提高水泥強(qiáng)度，這對提高混凝土的強(qiáng)度是十分有效的。 ?（ 2）摻用混凝土外加劑 在混凝土中摻入減水劑，可減少用水量，提高混凝土強(qiáng)度；摻入早強(qiáng)劑，可提高混凝土的早期強(qiáng)度。在混凝土中摻入礦物外加劑（如磨細(xì)礦渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉等），可以節(jié)約水泥，降低成本；減少環(huán)境污染，改善混凝土諸多性能。 ?（ 3）采用機(jī)械 攪拌和機(jī)械振動成型。 采用機(jī)械攪拌、機(jī)械振搗的混合料，可使混凝土混合料的顆粒產(chǎn)生振動，降低水泥漿的粘度和骨料的摩擦力，使混凝土拌合物轉(zhuǎn)入液體狀態(tài)，在滿足施工和易性要求條件下，可減少拌合用水量，降低水灰比。同時(shí)，混凝土混合物被振搗后，它的顆?；ハ嗫拷?，并把空氣排出，使混凝土內(nèi)部孔隙大大減少，從而使混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度大大提高。 ?（ 4）采用濕熱處理 濕熱處理可分為蒸汽養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)兩類。蒸汽養(yǎng)護(hù)就是將成型后的混凝土制品放在 100℃以下的常壓蒸汽中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。以加快混凝土強(qiáng)度發(fā)展的速度?；炷两?jīng) 16～ 20ｈ的蒸 汽養(yǎng)護(hù)后，其強(qiáng)度即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下 28ｄ強(qiáng)度的 70％～ 80％。 ?蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土在 175℃溫度和８個(gè)大氣壓的蒸壓釜中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。主要適用于硅酸鹽混凝土拌合物及其制品。 ? 引起混凝土變形的因素很多，歸納起來有兩類：非荷載作用下的變形和荷載作用下的變形 ? 混凝土在非荷載作用下的變形 （ 1）化學(xué)收縮 混凝土在硬化過程中，由于水泥水化產(chǎn)物的體積小于反應(yīng)物（水和水泥）的體積，引起混凝土產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮。其收縮量是隨著混凝土齡期的延長而增加，大致與時(shí)間的對數(shù)成正比一 般在混凝土成型后 40ｄ內(nèi)收縮量增加較快，以后逐漸趨向穩(wěn)定?；瘜W(xué)收縮是不可恢復(fù)的，可使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微細(xì)裂縫。 ?（ 2）塑性收縮 金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理實(shí)施細(xì)則 浙江省水利水電建筑監(jiān)理公司 金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理部 28 混凝土成型后尚未凝結(jié)硬化時(shí)屬塑性階段，在此階段往往由于表面失水而產(chǎn)生收縮稱為塑性收縮。新拌混凝土若表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率時(shí)，會造成毛細(xì)管內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，因而使?jié){體中固體粒子間產(chǎn)生一定引力，便產(chǎn)生了收縮，如果引力不均勻作用于混凝土表面，則表面將產(chǎn)生裂紋。 預(yù)防塑性收縮開裂的方法是降低混凝土表面失水速率，采取防風(fēng)、降溫等措施。最有效的方法是凝結(jié)硬化前保持 混凝土表面的濕潤，如在表面覆蓋塑料膜、噴灑養(yǎng)護(hù)劑等。 ?（ 3）干濕變形 混凝土的干濕變形主要取決于周圍環(huán)境濕度的變化，表現(xiàn)為干縮濕脹。混凝土在干燥空氣中存放時(shí)，混凝土內(nèi)部吸附水分蒸發(fā)而引起凝膠體失水產(chǎn)生緊縮，以及毛細(xì)管內(nèi)游離水分蒸發(fā)，毛細(xì)管內(nèi)負(fù)壓增大，也使混凝土產(chǎn)生收縮。如干縮后的混凝土再次吸水變濕后，一部分干縮變形是可以恢復(fù)的。 混凝土在水中硬化時(shí)，體積不變，甚至有輕微膨脹。這是由于凝膠體中膠體粒子的吸附水膜增厚，膠體粒子間距離增大所致。 ? 混凝土的濕脹變形量很小，一般無破壞作用。但 干縮變形對混凝土危害較大，干縮可能使混凝土表面出現(xiàn)拉應(yīng)力而導(dǎo)致開裂，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。 影響混凝土干縮的因素有：水泥品種和細(xì)度、水泥用量和用水量等?；鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥干縮大；水泥越細(xì)，收縮也越大；水泥用量多，水灰比大，收縮也大；混凝土中砂石用量多，收縮小；砂石越干凈，搗固越好，收縮也越小 . ?（ 4）溫度變形 混凝土與其他材料一樣，也具有熱脹冷縮的性質(zhì)，混凝土的熱脹冷縮的變形，稱為溫度變形?；炷翜囟扰蛎浵禂?shù)約為 1 105，即溫度升高 1℃，每 m 膨脹 。 溫度變形對大體積混凝土極為不利。混凝土在硬化初期，水泥水化放出較多的熱量，而混凝土是熱的不良導(dǎo)體，散熱很慢，使混凝土內(nèi)部溫度升高，但外部混凝土溫度則隨氣溫下降，致使內(nèi)外溫差達(dá) 50～ 70℃，造成內(nèi)部膨脹及外部收縮，使外部混凝土產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)使混凝土產(chǎn)生裂縫。 ?因此，對大體積混凝土工程，應(yīng)設(shè)法降低混凝土的發(fā)熱量，如采用低熱水泥，減少水泥用量，采用人工降溫措施以及對表層混凝土加強(qiáng)保溫保濕等，以減小內(nèi)外溫差，防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。 對縱向長度較大的混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮混凝土溫度變形 所產(chǎn)生的危害，每隔一段長度應(yīng)設(shè)置溫度伸縮縫，以及在結(jié)構(gòu)內(nèi)配置溫度鋼筋。 ? 混凝土在荷載作用下的變形 （ 1）混凝土的受壓變形與破壞特征 硬化后的混凝土在未施加荷載前，由于水泥水化造成的化學(xué)收縮和物理收縮引起的砂漿體積的變化，在粗骨料與砂漿界面上產(chǎn)生了拉應(yīng)力，同時(shí)混凝土成型后的泌水聚積于粗骨料的下緣，金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理實(shí)施細(xì)則 浙江省水利水電建筑監(jiān)理公司 金華市金蘭水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)理部 29 混凝土硬化后形成為界面裂縫?；炷潦芡饬ψ饔脮r(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生了拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力很容易在具有幾何形狀為楔形的微裂縫頂部形成應(yīng)力集中，隨著拉應(yīng)力的逐漸增大，導(dǎo)致微裂縫的進(jìn)一步延伸、匯合、擴(kuò)大，形成可見的 裂縫，致使混凝土結(jié)構(gòu)喪失連續(xù)性而遭到完全破壞。 ?當(dāng)用混凝土立方體試件進(jìn)行單軸靜力受壓試驗(yàn)時(shí)，混凝土的荷載變形曲線如圖 44 所示，通過顯微觀察所查明的混凝土破壞過程各階段的裂縫狀態(tài)如圖 45 所示。 ?混凝土的受壓破壞發(fā)展過程及各階段情況如下： ?Ｉ階段：荷載到達(dá) “比例極限 ”（約為極限荷載的３０％）以前、界面裂縫無明顯變化，荷載與變形比較接近直線關(guān)系（圖中曲線ＯＡ段） ?II 階段：荷載超過 “比例極限 ”以后，界面裂縫的數(shù)量、長度和寬度都不斷增大，界面借摩阻力繼續(xù)承擔(dān)荷載，但尚無明顯的砂漿裂縫。此時(shí)，變形增大的速度超 過荷載增大的速度，荷載與變形之間不再為線性關(guān)系（圖中曲線ＡＢ殷）。 ?III 階段：荷載超過 “臨界荷載 ”（約為極限荷載的７０～９０％）以后，界面