三、混凝土的力学性能

三、混凝土的物理力学性质

PhysicalandMechanicalPropertiesofHardenedConcrete主要内容

强度包括抗压、抗拉和握裹强度等。尺寸稳定性包括弹塑性、徐变、体积变形等。1、混凝土受力变形及破坏硬化混凝土的结构孔隙裂纹裂纹孔隙(一)混凝土的强度

StrengthofConcrete混凝土受力之前本身所存在的宏观缺陷基体－微裂纹、孔隙骨料－微裂纹骨料-基体界面区－界面裂纹极限荷载(%)IVVIVIIIIII70-9010030CBAD变形O0A–

比例极限B–

临界荷载C–

极限荷载2)混凝土的受压变形曲线3)混凝土的破坏过程

I－界面裂缝无明显变化；II－界面裂缝增长；III－出现砂浆裂缝和连续裂缝；IV－连续裂缝迅速发展；V－裂缝缓慢增长；VI－

裂缝迅速增长。

界面过渡区的微裂缝过渡区裂缝扩展，但基体相没有裂缝基体相中产生裂缝裂缝成为连续体系－破坏裂缝扩展的路径和方向骨料水泥石骨料周围的界面区普通混凝土的微结构裂缝沿界面区扩展混凝土的破坏2、混凝土立方体抗压强度标准养护条件养护至28天(温度20±2℃，相对湿度>95%）150150150mm按国家标准GB/T50081-2002制作:PPfcu1)

试块的尺寸效应：混凝土试件尺寸越小，测得的抗压强度值越大。试件的尺寸增加则测得的抗压强度下降。尺寸效应产生的原因：a、环箍效应；压力机上下压板与试件的上下表面之间产生的摩擦力对试件横向膨胀的约束作用。愈接近试件的端面，这种约束作用就愈大。作用范围距离端面大约（a为试件横向尺寸）的以外，约束才消失。环箍效应试件破坏后，其上下部分各呈完整的棱锥体。0.951.05100100100mm200200200mm150150150mm换算系数=1b、随试件尺寸的增加，试件中裂缝、孔隙等缺陷存在的几率也增大，对抗压强度的负面影响程度也相应变大。2)加载速度

3）试件高度（b）

4）试件表面粗糙程度

5）偏心程度

立方体抗压标准强度：用标准试验方法测得的强度总体分布中，具有不低于95%保证率的立方体试件抗压强度。100组试件95组试件的抗压强度设计强度3、混凝土立方体抗压标准强度和强度等级fcu,k混凝土强度等级：混凝土强度等级是按立方体抗压强度标准强度来划分的，并用符号C与立方体抗压强度标准值(MPa)来表示，分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等强度等级。如何求得立方体抗压强度标准值的？例如：一组试件的立方体抗压强度值分别为32.1,37.5,35.1,38.2,40.2,29.5,43.1,42.3,40.6,30.2,32.5,37.4,38.1,37.4,36.4,33.8,35.8,36.2,37.9,39.2(MPa)

，共有20个数据。

用比较法可得：其抗压强度标准值是30.2MPa；因为20个数据中，小于30.2MPa的只有一个29.5MPa，百分率为5％。轴心抗压强度：通常采用棱柱体(高宽比h/b大于2或柱体高径比h/d大于2)的试件，所测得的强度即为轴心抗压强度。标准试件尺寸：100100300mm，破坏时中间区段无环箍效应轴心抗压强度fcu=1055MPa范围内fcp=0.70.8fcu4、混凝土轴心抗压强度fcp5、混凝土的抗拉强度PPfd=P/A横截面积为A轴心直拉试验TensionTesting直拉试验劈裂抗拉试验水平方向上的应力分布试验完毕后的情况垫层压应力拉应力PPa受拉fs

混凝土劈裂抗拉强度计算公式为：式中fts——混凝土劈裂抗拉强度，MPa；

P——破坏荷载，N；

A——试件劈裂面面积，mm2。四点弯曲拉伸fb=PL/bd2(b×d=试件的截面积)6、影响混凝土强度的因素混凝土材料本身的原因外部的影响因素施工质量养护条件龄期1）水灰比和水泥强度水灰比(W/C)fc

K1

/K2w/cK1、K2是常数，取决于混凝土的龄期、组成材料及测定方法等因素。水泥强度在配合比相同的条件下，所用的水泥标号越高，制成的混凝土强度也越高。鲍罗米公式：

fcu

=a•fce(C/W–b)

fcu——混凝土28d抗压强度（MPa）

fce——水泥的实测强度（MPa）

C/W——灰水比a

、b——与骨料种类有关的回归系数：对于卵石：a＝0.48;b

＝0.33;

对于碎石：a＝0.46;b

＝0.07。混凝土抗压强度设计公式2)养护温度养护温度高会怎样？养护温度过低会怎样？正常温度下养护的混凝土，可以获得较佳的内部结构和较高的后期强度。3)湿度的影响时间空气中养护水养3天后在空气中养护强度28100%潮湿养护水养7天后在空气中养护4)养护龄期

混凝土强度在最初3~7d增长较快，然后逐渐缓慢下来。其随养护龄期的增长大致符合对数函数关系：

式中：

fcu,n—n天龄期混凝土的抗压强度；

fcu,a

—a天龄期混凝土的抗压强度；养护龄期对混凝土强度的影响7、提高混凝土强度和促进混凝土强度发展的措施

原材料的选择配合比设计浇灌和养护

水泥品种与强度等级骨料品种、粒径、级配外加剂

水灰比砂率用水量或胶凝材料用量

温度湿度时间(二)混凝土的尺寸稳定性

DimensionalStabilityofConcrete

硬化混凝土的变形来自两方面：环境因素(温、湿度变化)和外加荷载因素，因此有：荷载作用下的变形非荷载作用下的变形1、混凝土在荷载作用下的变形短期荷载作用下混凝土产生弹塑性变形长期荷载作用下混凝土产生徐变(1)混凝土的弹塑性变形骨料混凝土水泥石由骨料与水泥石组成的混凝土是一种弹塑性体混凝土受压的应力－应变全曲线(2)混凝土的弹性模量123割线切线原点切线

我国现行标准指定以应力

=1/3fcp时的加荷割线弹性模量定义为混凝土的弹性模量Eh——静力弹性模量。(3)混凝土的徐变什么是徐变？

在持续（恒定）荷载作用下，混凝土产生随时间而增加的变形称为徐变。产生徐变的原因？吸附水吸附水排出徐变徐变机理

不利：徐变会引起混凝土构件的预应力损失，据统计，我国几十年来生产的构件预应力损失达30～50%；混凝土构件会产生随时间变化的挠度或变形。有利徐变会使温度或其他收缩变形受约束时产生的应力减小；降低结构应力集中区和因基础不均匀沉陷引起局部应力的结构中的应力峰值。徐变的影响：

西太平洋Caroline群岛上的一座桥梁(主跨为241m)，由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到20年后坍塌(1996年)。益处

对钢筋混凝土，可以消除应力集中，使应力较均匀地重新分布；对大体积混凝土，能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。害处对预应力钢筋混凝土结构，徐变会使钢筋的预应力遭到损失。徐变的益处和害处2、混凝土在非荷载作用下的变形自收缩干燥收缩温度变形(1)自收缩条件特征：与外界环境无水分交换；产生的原因：水泥水化物的体积小于反应前各物质的体积和，因而导致混凝土硬化后收缩——化学收缩；水泥水化吸收毛细管中的水分，使毛细管失水，产生毛细管压力，引起收缩——自干燥收缩；(2)塑性收缩

混凝土成型后尚未凝结硬化时属塑性阶段，在此阶段往往由于表面失水而产生收缩称为塑性收缩。(3)干湿变形定义：湿度变化所引起的混凝土体积变形——湿胀干缩，主要原因是水泥石中的凝胶水和毛细孔水的变化引起的。混凝土的湿胀干缩变形重要的是干缩变形，因在约束下的收缩将导致混凝土开裂。干燥收缩的危害路面板、桥面板、机场道面、停车场等暴露面积大且厚度较小的结构物干缩最为显著；当混凝土的干燥收缩受到约束时，将导致裂缝，影响混凝土的强度和耐久性。(4)温度变形与其它材料一样，混凝土也具有热胀冷缩的性质；混凝土的热膨胀系数为1×10－5/C；温度变形