論高強混凝土與普通強度混凝土單軸抗壓性能的差異

摘 要:隨著高強度混凝土在工程中的廣泛應用，普通混凝土與高強度混凝土之間的差異性成為工程應用和結構設計日益關注的問題。本文從兩者破壞形態和破壞過程、應力-應變關系、彈性模量、泊松比和抗拉強度等方面，對其進行了比較分析。

關鍵詞:高強度混凝土普通混凝土單軸抗壓強度

中圖分類號:TU528.01文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0033-01

與普通混凝土相比，高強混凝土中的孔隙較小，水泥漿強度、水泥漿與骨料之間的界面強度、以及骨料強度這三者之間的差異較小，所以相對來說更接近勻質材料，使得高強混凝土的抗壓性能與普通強度混凝土相比有相當大的差別。

1 破壞形態和過程

文獻[1](王志軍和蒲心誠，2000)的試驗結果表明，由于試驗構件混凝土強度都很高，所有試件都以突然炸裂而破壞。試件在未破壞前，表面無可見裂縫，僅在破壞瞬間，試件內部有較明顯劈裂聲。破壞時，試件外表面和中部混凝土炸飛，一般只剩下上下部錐體，破壞面穿越的粗骨料被整齊地劈開，一般未見粗骨料和水泥凝膠體面的粘結破壞，這和普通混凝土的破壞有著較明顯的區別。

2 應力－應變關系

在單軸受壓下，在應力達到峰值應力(抗壓強度)的75％～90％以前，高強混凝土應力－應變關系為一直線，即為彈性工作。線性段的范圍隨著強度的提高而增大;在普通強度混凝土中，線性段的上限僅為峰值應力的40％～50％;與峰值應力相應的應變值ε隨著混凝土的強度提高有增大的趨勢，可達到2500×10－6甚至更多，而普通強度混凝土中一般僅有(1500～2000)×10－6;在達到峰值應力(抗壓強度)以后，高強混凝土的應力－應變關系曲線急劇下降，延性很差，表現出很大的脆性，并且隨著強度的而愈加嚴重(陳肇元等，1992[2])。

文獻[1](王志軍和蒲心誠，2000)中的試驗結果更進一步表明，超高強混凝土應力應變曲線的上升段由曲線變成了直線，即比例極限點顯著升高，其應力值已接近峰值應力。在應力達到應力峰值點時，超高強混凝土試件內部儲存了相當高的能量，并且由于超高強混凝土水泥凝膠體的強度已接近粗骨料的阻擋和緩沖，這樣試件內部的能量迅速而劇烈釋放，即發生爆裂型破壞，因此可認為超高強混凝土的應力－應變關系已不再有下降段。

從材料的內部結構分析[3]，低強混凝土在開始受力后約在峰值應力的30％時已經開始出現裂縫，裂縫首先從水泥漿與骨料之間的界面開始并沿著界面發展，隨后在水泥漿中也出現微裂，這些裂縫在混凝土內部形成越來越多的間斷并逐步連結，最后導致材料的宏觀破壞，破壞面通過水泥漿表面及其與骨料的粘結面，粗糙而凹凸不平。但是高強混凝土則與此不同，在峰值應力的65％以前幾乎不發生微裂;甚至在90％的峰值應力下，多數的微裂縫還只是孤立的粘結面裂縫。高強混凝土的破壞面比較光滑，通常穿過石子和水泥漿而不是繞著骨料表面，因而試件的破壞面相當大程度上取決于粗骨料的破壞。

3 彈性模量與泊松比

高強混凝土的彈性模量隨著強度的增長而增長，但增長幅度與強度不成正比[2]。高強混凝土在彈性階段的泊松比與普通混凝土無明顯差別[2]。

4 抗拉強度

高強混凝土的軸心抗拉強度ft和劈裂抗拉強度ft，s的經驗公式[3]分別為: 其中軸心抗拉強度比普通混凝土的計算值約低20％。這說明混凝土的抗拉強度雖隨抗壓強度的增加而單調增長，但增長幅度漸減。

5 結論

通過上述高強混凝土的主要力學性能不難看出，其主要特征是隨著抗壓強度的提高，混凝土的脆性很大，表現為:內部裂縫在很高應力水平下突然出現和發展，破壞過程急促，殘余強度跌落快，應力－應變全曲線的峰部尖銳，曲線下面積小，即吸能能力差，極限應變小;抗拉強度增加幅度小等。因此只有在克服脆性的前提下，高強混凝土才能得以安全使用。將高強混凝土灌入鋼管中形成鋼管高強混凝土，高強度的混凝土受到鋼管的有效約束，其延性將大為增強，此外，在復雜受力狀態下，鋼管具有很強的抗扭和抗剪能力。這樣，通過二者的結合可以有效的克服高強混凝土脆性大和延性差的弱點，使其工程應用得以實現，經濟效果得以發揮。

參考文獻

[1]王志軍，蒲心誠.超高強混凝土單軸受壓性能及應力應變曲線的試驗研究．重慶建筑大學學報，2000，22(增刊):27～33．

[2]陳肇元，朱金銓，吳佩剛.高強混凝土及其應用.北京:清華大學出版社，1992．

[3]過鎮海，時旭東.鋼筋混凝土原理和分析.北京:清華大學出版社，2003．