混凝土材料的力学性能_建筑材料

1、3.3 混凝土混凝土的强度与破坏的强度与破坏Strength and Failure of Concrete问问 题：题： 强度高的混凝土有哪些优点？有哪些用强度高的混凝土有哪些优点？有哪些用途？途？ 什么样的结构（什么时候）要求混凝土什么样的结构（什么时候）要求混凝土强度迅速增长？强度发展过快可能会产强度迅速增长？强度发展过快可能会产生什么弊病生什么弊病龄期龄期强度强度t强度发展快强度发展快强度发展慢强度发展慢1） 作为一种结构工程材料，承作为一种结构工程材料，承载力备受关注，因此混凝土的强载力备受关注，因此混凝土的强度通常总是首先要评价的性质。度通常总是首先要评价的性质。2）易于评价。）易

2、于评价。3）与其它性能有密切关系。与其它性能有密切关系。在混凝土的所有性能中，为什么总是首在混凝土的所有性能中，为什么总是首先关心其强度？先关心其强度？3.3.1 强度强度孔隙率关系孔隙率关系 毛毛细细孔孔隙隙率率（%） 抗抗压压强强度度（Mpa） 对于匀质材料：对于匀质材料：f = f0 e -kp f03.3.2 混凝土的破坏模式混凝土的破坏模式 Failure modes in concrete Griffith理论可大致描述混凝土这种准脆性材料的破理论可大致描述混凝土这种准脆性材料的破坏过程。坏过程。 混凝土内部存在形状、尺寸不同的孔隙、微裂纹；浆混凝土内部存在形状、尺寸不同的孔隙、微

3、裂纹；浆体与骨料间存在薄弱的过渡区。混凝土的破坏过程是体与骨料间存在薄弱的过渡区。混凝土的破坏过程是很复杂的。很复杂的。 随着荷载的增长，混凝土体中裂缝逐步地扩展，最后随着荷载的增长，混凝土体中裂缝逐步地扩展，最后相互连通起来导致破坏。相互连通起来导致破坏。第一阶段：荷载小于混凝土第一阶段：荷载小于混凝土极限荷载的极限荷载的3030，应力，应力- -应应变成线性（称变成线性（称“比例极比例极限限”）；）；第二阶段：过渡区的裂缝开第二阶段：过渡区的裂缝开始扩展，变形增大的速率与始扩展，变形增大的速率与应力的增长（应力的增长（50%50%以内）不以内）不再成直线关系；再成直线关系；第三阶段：荷载达

4、到第三阶段：荷载达到50%50%7575时，裂缝由过渡区向硬时，裂缝由过渡区向硬化水泥浆体延伸，应力化水泥浆体延伸，应力- -应应变曲线趋向水平变曲线趋向水平 ；第四阶段：裂缝扩展释放的第四阶段：裂缝扩展释放的能量超过需要的能量，在临能量超过需要的能量，在临界应力持续作用下，裂缝自界应力持续作用下，裂缝自发扩展，速率加快，逐渐连发扩展，速率加快，逐渐连通，使系统趋于不稳定而破通，使系统趋于不稳定而破坏。坏。轴向应变（轴向应变（mm)应力应力MPa普通混凝土普通混凝土高强混凝土高强混凝土0.006120高强混凝土上升区的线高强混凝土上升区的线性段增加，下降区更加性段增加，下降区更加陡峭。陡峭。裂

5、缝扩展的裂缝扩展的路径和方向路径和方向骨料骨料水泥石水泥石骨料骨料周围周围的过的过渡区渡区普通混凝土，断裂沿骨料表面发生，过渡区是最薄弱区域。高强混凝土，过渡区得到加强，断裂有可能穿过骨料发生。普通混凝土普通混凝土高强混凝土高强混凝土3.3.3 抗压强度及其影响因素抗压强度及其影响因素 compressive strength and factors affecting it 材料的特性与配比材料的特性与配比Characteristics and Proportions of Materials 1）水灰比水灰比（Water/Cement ratio ） fc K1 / K2w/cK1、k2

6、是常数，取决混凝土的龄期、组成材料是常数，取决混凝土的龄期、组成材料及测定方法等因素及测定方法等因素。AbramsAbrams定则定则 龄期与水灰比对混凝土强度的影响龄期与水灰比对混凝土强度的影响W/C在一定范围内Abrams定则成立 水泥品种水泥品种 混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度2 2）水泥品种和等级）水泥品种和等级( Cement type and grade) 1 day 7day 28day 90day ASTM ( % of type cement concrete) 普通普通 100 100 100 100 中等水化热中等水化热 75 85 90 100 早强早强 190 12

7、0 110 100 低水化热低水化热 55 65 75 100 抗硫酸盐抗硫酸盐 65 75 85 100水泥强度对混凝土强度有影响，但不是决定性的。 fcu.k = Afce ( C/W B ) fcu.k混凝土配制强度混凝土配制强度 fce 水泥标号水泥标号 C/W灰水比灰水比 A，B经验常数经验常数水泥的强度等级与混凝土强度的关系：水泥的强度等级与混凝土强度的关系：对碎石混凝土：A0.46，B0.07对卵石混凝土： A0.48，B0.333）骨料 1）颗粒强度）颗粒强度 ；骨料强度骨料强度 1.5倍混凝土强度，倍混凝土强度，对普通混凝土的强度影响不对普通混凝土的强度影响不大。大。2）最大

8、粒径；）最大粒径；3）粒形、）粒形、级配级配（颗粒分布）；（颗粒分布）；4）骨料表面构造（粗糙度）骨料表面构造（粗糙度 ）。）。骨料最大粒径骨料最大粒径 ( Dmax )混凝土类型混凝土类型 Dmax（mm )大坝混凝土大坝混凝土 150普通混凝土普通混凝土 40高强混凝土高强混凝土 25（碎石）（碎石） 15（卵石）（卵石）活性粉末混凝土活性粉末混凝土 0.64）拌和水5）化学外加剂：减水剂 速凝剂 引气剂6）矿物掺和料（辅助胶凝材料）由于混凝土技术的发展，由于混凝土技术的发展，在在20多年里：多年里：水灰比（水胶比）从水灰比（水胶比）从 0.5 降降低到低到0.150.30；素混凝土素混凝

9、土28天抗压强度从天抗压强度从30MPa 提高到提高到 100MPa！ 2. 浇注浇注 ( Placing)新拌混凝土新拌混凝土的工作度的工作度捣实程度捣实程度硬化混凝土硬化混凝土的孔隙率的孔隙率强度强度 养护养护 在混凝土硬化过程中，人为地改变混凝土体周在混凝土硬化过程中，人为地改变混凝土体周围环境的温度与湿度条件，使其微结构和性能围环境的温度与湿度条件，使其微结构和性能达到所需要的结果，称为对混凝土的养护。达到所需要的结果，称为对混凝土的养护。 胶凝材料的水化胶凝材料的水化反应是缓慢的化反应是缓慢的化学反应，需要较学反应，需要较长时间。长时间。养护时间：养护时间：毛细管阻断所需时间与水灰比

10、的关系毛细管阻断所需时间与水灰比的关系 W/C 毛细管阻断所需时间毛细管阻断所需时间 0.40 3 d 0.45 7 d 0.50 14 d 0.60 6 months 0.70 1 year over 0.70 impossible养护湿度：养护湿度：胶凝材料的水化胶凝材料的水化反应需要水分的反应需要水分的参与，如果没有参与，如果没有充分的水分供应，充分的水分供应，水化反应将很快水化反应将很快停止。特别是在停止。特别是在水化初期，湿养水化初期，湿养护非常重要。护非常重要。养护温度：养护温度：胶凝材料的水胶凝材料的水化反应速度随化反应速度随温度升高而加温度升高而加大。大。反应速度过快，反应速度

11、过快，形成的浆体结形成的浆体结构较为疏松，构较为疏松，后期强度可能后期强度可能下降。下降。养护温度对强度的影响硅酸盐水泥 W/C=0.4养护养护方式方式Why? 与实验室内标准状态下养护的试件相与实验室内标准状态下养护的试件相比，实际结构内的混凝土常表现出较比，实际结构内的混凝土常表现出较高的早期强度和较低的后期强度。高的早期强度和较低的后期强度。4. 试验参数试验参数 1）试件形状；）试件形状；2）试件尺寸；）试件尺寸；3）表面处理；）表面处理；4）加载时间；）加载时间；5）试验机的刚度等。）试验机的刚度等。 影响强度试验值，而不是实际影响强度试验值，而不是实际混凝土强度混凝土强度！3.3.

12、4 混凝土在不同应力状态下的力学行为混凝土在不同应力状态下的力学行为 单轴受压作用下混凝土的行为单轴受压作用下混凝土的行为 (1) (1) 混凝土单轴受压混凝土单轴受压 (2) (2) 抗压强度等级抗压强度等级 2 2单轴拉伸作用下混凝土的行为单轴拉伸作用下混凝土的行为思考题思考题 1.1.运用前面所学的知识解释混凝土抗压强度高运用前面所学的知识解释混凝土抗压强度高而抗拉强度低，而钢材抗拉性能很好的原因。而抗拉强度低，而钢材抗拉性能很好的原因。 2.2.是否水灰比（是否水灰比（W/CW/C）越小，配制混凝土强度就）越小，配制混凝土强度就越高？为什么？越高？为什么？ 3.3.试根据基本知识解释当浇注温度和养护温度试根据基本知识解释当浇注温度和养护温度高时，混凝土早期强度高，而后期强度就相对低高时，