混凝土强度

混凝土抵抗压、拉、剪等应力的能力。混凝土的抗压强度最大，抗拉强度最小。

（1）抗压强度和混凝土强度等级。按混凝土标准试件抗压标准强度的高低，混凝土可划分为不同的等级。中、俄、英等国采用边长为150mm的立方体试块为标准试件，美、日等国则采用150mm×300mm的圆柱体试块为标准试件。将标准试件在标准条件（温度20℃±3℃，相对湿度90%以上）下养护至28 d，进行抗压试验，根据所测得的抗压极限强度的标准值大小（以MPa计），混凝土强度等级划分为C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C60等。圆柱体试件测得的抗压强度，约为150mm边长的立方体试件抗压强度的0.8倍。

测定混凝土抗压强度时，可按粗骨料的最大粒径，选用不同尺寸的试块。尺寸不同，测得的强度值也不同。非标准试块得出的抗压强度，应乘以换算系数，换算为标准试件的抗压强度。如边长为100mm和200mm的立方体试块，换算系数分别为0.95和1.05。

试块形状不同，抗压强度也不同，棱柱体或圆柱体试块测得的强度常小于同样截面的立方体试块的强度。实际工程中的受压构件常接近于棱柱体，因此在计算钢筋混凝土受压构件时，常以150mm×150mm×300mm 棱柱体试件测得的强度（f_c）为准，称为棱柱体抗压强度。试验表明，棱柱体抗压强度与立方体抗压强度之比约为0.8。

（2）抗拉强度。混凝土的抗拉强度仅为抗压强度的1/20～1/8，且随着混凝土抗压强度的提高，此比值有所降低。抗拉强度的测定可由棱柱体试件轴心受拉得出［图（a）］；或由立方体（或水平放置的圆柱体）在顶、底端通过垫条线性加压，试件沿加压向劈裂得出［图（b）］。轴心受拉试验的外力作用线与试件轴线不易对准，劈裂试验的试验方法则比较简单。由弹性理论可计算出混凝土的抗拉强度为f_t=2P/（πa²），式中的P为破坏荷载；a为立方体试件边长。但劈裂试验测得的抗拉强度还与垫条的尺寸效应有关。当试件尺寸增大，特别是采用大粒径骨料的四级配时，抗拉强度有明显的降低。

（3）抗弯（折）强度。矩形截面的混凝土简支梁，在三等分点处加载试验［图（c）］，测得混凝土的抗弯（或称抗折）强度（f_tm），它代表混凝土受弯时的抗拉强度，也称为混凝土的破坏模量，用公式f_tm=2Pl/（bh²）计算。式中，P为三等分点处的集中荷载；l为梁跨；b、h分别为试件截面的宽度和高度。混凝土的抗弯（折）强度（f_tm）大于轴心受拉强度（f_t）。实验证明，f_tm值还与截面尺寸有关，b、h越大，f_tm就越小，这是由于尺寸效应及受拉区混凝土塑化程度不同所致。

混凝土强度试验

（a）轴心受拉试验；（b）劈裂试验；（c）弯折试验

混凝土在双向或三向受力，或同时承受正应力和剪应力等复杂应力状态下的强度，与单向受力时的强度有所不同，参见混凝土破坏准则。

影响混凝土强度的因素众多，主要有：

（1）水泥强度和水灰比。水泥强度越高，混凝土强度也高。当用同一种水泥时，混凝土的强度主要决定于水灰比。这是因为拌制混凝土时，需用的水约占水泥质量的40%～80%，而水泥完全水化所需的化学结合水一般仅占水泥质量的23%。当混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中，形成水泡、水膜层或蒸发后形成孔隙及微细裂纹，减少了混凝土抵抗荷载的有效面积，还在缝隙周围形成应力集中，降低混凝土强度。根据试验结果，得出混凝土立方体抗压强度与水泥强度及水灰比之间的关系为

式中，f_cu为混凝土28 d的立方体抗压强度；f_cem为水泥强度；C/W为灰水比，即水灰比W/C的倒数；A、B为随所用水泥和骨料品种而异的经验系数。

（2）混凝土外加剂和掺合料。合理使用混凝土外加剂和掺合料，可显著提高混凝土的强度和耐久性（参见混凝土外加剂、混凝土掺合料）。

（3）骨料的种类与级配。在同等条件下，用碎石比用卵石拌制的混凝土强度高。当骨料级配好、砂率适当时，能使混凝土获得较高的强度。

（4）养护时的温度和湿度条件。在干燥环境中，混凝土强度的发展会随内部水分的逐渐蒸发而减慢以至停止。养护温度高时，强度发展快，反之则发展缓慢。当温度降至0℃以下时，强度将由于冻胀破坏而下降。

（5）龄期。混凝土在正常养护条件下，强度随龄期的增长而提高。最初7～14 d内，强度增长较快，28 d以后强度增长较缓慢，但强度的增长可延续十数年之久。混凝土强度的发展，大致与其龄期的对数成正比，即nd龄期的强度f_cu，n与28 d龄期的强度f_cu，28的关系为

在水工结构中，利用混凝土的后期强度是节约水泥、降低混凝土绝热温升的重要措施之一。