1、混凝土的力學(xué)性能主要內(nèi)容 v尺寸穩(wěn)定性 包括彈塑性、徐變、體積變形等。v強(qiáng)度 包括抗壓、抗拉和握裹強(qiáng)度等。問題？v為什么骨料和水泥石是彈性體，而二者組成的混凝土是彈塑性體？v原因： 混凝土是一個(gè)多物相、多孔性的復(fù)合材料，其主體是顆粒堆聚體，存在界面過渡區(qū)，且過渡區(qū)有原生微裂縫。受力下，界面裂縫的擴(kuò)展、顆粒間的滑移、孔隙中水的遷移等因素導(dǎo)致產(chǎn)生塑性變形。v混凝土單軸受壓下的曲線可以分為4個(gè)階段：在極限應(yīng)力fcp的30%以下，界面過渡區(qū)微裂縫是穩(wěn)定的，因此， 曲線是線形的；當(dāng)應(yīng)力 fcp的30%時(shí)，隨著應(yīng)力增加，過渡區(qū)的裂縫長(zhǎng)度、寬度和數(shù)量增加， /比值增加， 曲線偏離直線；如果應(yīng)力 fcp的50

2、%，過渡區(qū)的微裂縫穩(wěn)定體系存在，基體水泥石不會(huì)產(chǎn)生微裂縫；當(dāng)應(yīng)力 fcp的5060%時(shí)，基體相中產(chǎn)生微裂縫，如果應(yīng)力進(jìn)一步增加，基體相微裂縫擴(kuò)展，增多，過渡區(qū)微裂縫失穩(wěn)，導(dǎo)致曲線彎向橫軸當(dāng)應(yīng)力 fcp的7580%時(shí)，應(yīng)變能釋放速度達(dá)到在持久應(yīng)力下裂縫自發(fā)擴(kuò)展的水平，應(yīng)變隨應(yīng)力增長(zhǎng)很快，直至裂縫成為聯(lián)系體系破壞。界面過渡區(qū)的微裂縫過渡區(qū)裂縫擴(kuò)展，但基體相沒有裂縫基體相中產(chǎn)生裂縫裂縫成為連續(xù)體系破壞(2) 混凝土的彈性模量v彈性模量E：靜力彈性模量與動(dòng)荷載彈性模量v混凝土的應(yīng)力應(yīng)變行為不完全遵循虎克定律， 曲線是非線性的，所以，混凝土的彈性模量不是一個(gè)恒定值。v為了工程設(shè)計(jì)，故常對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的初

3、始階段作近似直線處理，有三種處理方式：原點(diǎn)切線彈性模量 Eo = tan 1； 割線彈性模量 Eh = tan 2； 切線彈性模量 Et = tan 3。原點(diǎn)切線 1 2 3割線切線難以準(zhǔn)確測(cè)量，應(yīng)力水平很低，實(shí)用意義小。 我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)指定以應(yīng)力 =1/3 fcp時(shí)的加荷割線彈性模量定義為混凝土的彈性模量Eh靜力彈性模量。只適用于切點(diǎn)處荷載變化很小的范圍內(nèi)，工程意義也不大(3)影響混凝土彈性模量的因素v單相勻質(zhì)材料的彈性模量和密度有直接關(guān)系；v混凝土是多物相復(fù)合材料，因此，其彈性模量取決于下列因素：各物相的體積分?jǐn)?shù)；各物相的密度；各物相的彈性模量界面過渡區(qū)的特性混凝土彈性模量影響因素v混凝土是

4、多物相復(fù)合材料，因此，其彈性行為取決于各個(gè)相的彈性行為：未水化的水泥顆粒水化物凝膠水粗骨料細(xì)骨料v混凝土的彈性模量取決于下列4個(gè)要素：水泥石的彈性模量Ep；骨料的彈性模量Ea；骨料的體積含量(或水泥石的體積含量)Vg。界面過渡區(qū)特性水泥石骨 料基體相分散相混凝土彈性行為的復(fù)合模型v將混凝土簡(jiǎn)化為由水泥石和骨料組成的兩相復(fù)合材料，因而，可建立如下復(fù)合材料模型，來預(yù)測(cè)混凝土的整體行為：因?yàn)椋篶 ap，c1a Vg+ p (1Vg)根據(jù)虎克定律： E得到： EcEaVg+Ep(1Vg) (1)因?yàn)椋篶ap ， c 1 aVg+ p (1Vg)根據(jù)虎克定律： E得到： (1/Ec)(Vg/Ea)+ (

5、1Vg)/ Ep (2) 該模型是由上下兩層水泥石和中間第一個(gè)模型構(gòu)成，同理可得：(1/Ec)(1-Vg1/2)/Ea+ Vg1/2/EaVg+Ep(1-Vg1/2) (3)彈性模量與組成的關(guān)系v根據(jù)上述3個(gè)公式，得到如圖所示的曲線；v公式(1)和(2)分別為混凝土彈性模量的上、下限；v公式的適用取決于骨料與水泥石的彈性模量之比Ea/Ep：vEa/Ep=1，3個(gè)公式均適用，一般Ea/Ep1，公式(3)最接近實(shí)際情況；v所以，混凝土的彈性模量取決于水泥石和骨料的彈性模量，以及骨料的體積分?jǐn)?shù)EcEpEa(1)(3)(2)00.51.0混凝土中骨料的體積分?jǐn)?shù)影響混凝土彈性模量的因素 v水泥石基體相的

6、彈性模量水泥石基體相的彈性模量受其孔隙率控制： Ep=E0(1Pc)3，即孔隙率越大，彈性模量越低；v水泥石的孔隙率的影響因素：水灰比 水灰比越小，彈性模量越高;水泥水化度(齡期) 彈性模量隨水化齡期不斷增長(zhǎng);空氣含量 含氣量越大，彈性模量越低；礦物摻合料 含水狀態(tài) 吸水飽和時(shí)的彈性模量大于干燥時(shí)的；水 灰 比水泥石的彈性模量(GPa)齡期(天)水灰比和水化齡期對(duì)水泥石彈性模量的影響水灰比和水化齡期對(duì)水泥石彈性模量的影響影響混凝土彈性模量的因素v骨料相的彈性模量骨料的孔隙率 骨料越密實(shí)，彈性模量越高；粗骨料的體積含量 彈性模量高的粗骨料越多，一般來說，混凝土的彈性模量越高；v界面過渡區(qū)特征空隙

7、, 微裂縫和CH晶體的取向等因素決定混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，因而影響到混凝土的彈性模量。彈性模量彈性模量(GPa)玄武巖玄武巖輝綠巖輝綠巖輝長(zhǎng)巖輝長(zhǎng)巖白粒巖白粒巖石灰石石灰石石英巖石英巖蛇紋石蛇紋石凍石凍石混凝土試件、水泥漿體和骨料的彈性模量混凝土混凝土水泥石基體水泥石基體骨料骨料混凝土過渡區(qū)結(jié)構(gòu)骨 料C-S-H鈣礬石CH(4) 混凝土彈性模量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系v混凝土的彈性模量與強(qiáng)度間沒有簡(jiǎn)單關(guān)系，所以混凝土彈性模量應(yīng)由試驗(yàn)測(cè)定；v一般來說，混凝土抗壓強(qiáng)度越高，彈性模量越大：二者之間存在經(jīng)驗(yàn)公式： Ec 3.32( fcyl)0.5 + 6.9 (ACI 2000b) 式中： Ec 混凝土彈性模量

8、； fcyl 標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件28天抗壓強(qiáng)度 該公式適用于抗壓強(qiáng)度在2183 MPa的混凝土PP水飽和狀態(tài)下， 混凝土的泊松比 =0.250.3；干燥狀態(tài)下， 混凝土的泊松比 =0.2；一般在0.170.2。混凝土泊松比隨骨料含量的增加而增加?；炷恋牟此杀?、混凝土在非荷載作用下的變形v干燥收縮v自收縮v溫度變形(1) 濕脹干縮變形v定義：濕度變化所引起的混凝土體積變形濕脹干縮，主要原因是水泥石中的凝膠水和毛細(xì)孔水的變化引起的。v水泥石和混凝土的收縮行為水泥石在水中連續(xù)浸泡，產(chǎn)生相當(dāng)小的連續(xù)膨脹；第1次干燥時(shí)，收縮最大，其收縮值有部分是不可逆的，即再次吸水不能恢復(fù)。試驗(yàn)證明：相對(duì)濕度為70%的

9、空氣中的收縮值為水中膨脹值的6倍，相對(duì)濕度為50%，為8倍。v混凝土的濕脹干縮變形重要的是干縮變形，因在約束下的收縮將導(dǎo)致混凝土開裂。連續(xù)浸泡連續(xù)浸泡下的濕脹下的濕脹不可逆收縮可逆收縮應(yīng)變膨脹收縮第1次干燥時(shí)間水泥石或混凝土在干濕循環(huán)下的變形行為混凝土的干縮機(jī)理v干縮來自材料內(nèi)部水的損失，二者的關(guān)系如圖所示，收縮值隨著水的損失變化的斜率不一致。v環(huán)境濕度不同，有以下幾種不同的干縮機(jī)理：毛細(xì)張力 毛細(xì)孔和較大的凝膠孔中的自由水因大氣水蒸氣壓降低而蒸發(fā)時(shí)，表面張力增加，產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，使得孔壁受壓而收縮；分離壓 水泥石中的凝膠孔中的吸附水使得孔壁間存在分離壓力(濕脹的原因),因干燥而吸附水損失時(shí)，將

10、降低孔壁的分離壓，引起整體收縮；層間可揮發(fā)水的遷移 0510152025-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0水損失對(duì)水灰比為0.5的水泥石干縮的影響變形百分率(%)水損失量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%)毛細(xì)水吸附水分離壓干燥收縮的危害u 路面板、橋面板、機(jī)場(chǎng)道面、停車場(chǎng)等暴露面積大且厚度較小的結(jié)構(gòu)物干縮最為顯著；u 當(dāng)混凝土的干燥收縮受到約束時(shí)，將導(dǎo)致裂縫，影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性?；炷粮煽s的影響因素v混凝土組成與配合比混凝土的干縮小于水泥石，因此，骨料體積含量越大，干縮越小：cp (1-Vg)n (n1.21.7)水泥用量 水灰比一定時(shí)，水泥用量越多，干縮越大；用水量 水泥用量

11、一定時(shí)，用水量越多，干縮越大。水泥種類與細(xì)度 細(xì)度越細(xì)，干縮較大。 v良好養(yǎng)護(hù)可以減小收縮v構(gòu)件幾何尺寸和形狀表面積與體積比值越大，收縮越大；濕度擴(kuò)散的路徑越長(zhǎng)，收縮速率越低。骨料的體積百分?jǐn)?shù)(%)干縮值比骨料體積含量對(duì)混凝土干縮的影響普通混凝土范圍水泥石的孔隙率干縮率(%)孔隙率對(duì)水泥石干縮的影響不可逆收縮可逆收縮第1次收縮(2) 自收縮v條件特征：與外界環(huán)境無水分交換；v產(chǎn)生的原因：水泥水化吸收毛細(xì)管中的水分，使毛細(xì)管失水，產(chǎn)生毛細(xì)管壓力，引起收縮自干燥收縮；水泥水化物的體積小于反應(yīng)前各物質(zhì)的體積和，因而導(dǎo)致混凝土硬化后收縮化學(xué)收縮；v特點(diǎn)：收縮值隨齡期而增加，早期較快，后期緩慢。v影響因

12、素水泥品種 主要是礦物組成與混合材種類；水灰比 隨水灰比減小，收縮增大 ；骨料及其體積分?jǐn)?shù)水泥用量外加劑內(nèi)部相對(duì)濕度(%)齡期(天)水泥石內(nèi)部相對(duì)濕度隨齡期的變化自收縮測(cè)量裝置0100200300400500600700800900100000.51.534.56時(shí)間（天）自收縮（微應(yīng)變）普通硅酸鹽中熱水泥快硬鐵鋁酸鹽硫鋁酸鹽水泥品種對(duì)自收縮的影響水灰比對(duì)自收縮的影響0200400600800100000.51.534.56時(shí)間（天）自收縮（微應(yīng)變）W/C=0.45W/C=0.35W/C=0.30W/C=0.250200400600800100000.51.534.56時(shí)間（天）自收縮（微應(yīng)變

13、）(W/C)e=0(W/C)e=0.045(W/C)e=0.07外加劑對(duì)自收縮的影響骨料與未水化水泥顆粒的含量(%)收縮值之比骨料和未水化水泥顆粒含量對(duì)收縮值的影響問題？v混凝土的干燥收縮與自干燥收縮有何異同？解答：相同點(diǎn)：機(jī)理相似，水分損失、毛細(xì)張力等；不同點(diǎn)：u 水分損失的原因不同，前者是因環(huán)境濕度變化引起的，后者是由水泥水化引起的；u 前者主要發(fā)生在表面層，而后者發(fā)生在整個(gè)體積，尤其在中心部位更大。(3) 溫度變形v與其它材料一樣，混凝土也具有熱脹冷縮的性質(zhì)；v混凝土的熱膨脹系數(shù)為1105/C；v溫度變形對(duì)大體積混凝土不利，因水泥水化放熱，造成內(nèi)外溫差較大，內(nèi)外膨脹不均，導(dǎo)致外部開裂；v

14、混凝土的熱膨脹系數(shù)取決于骨料的熱膨脹系數(shù)。3、混凝土的徐變v什么是徐變？ 在持續(xù)（恒定）荷載作用下，混凝土產(chǎn)生隨時(shí)間而增加的變形稱為徐變。v徐變曲線特征？v徐變產(chǎn)生的機(jī)理？v徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有何影響？v影響徐變的因素有那些？徐變曲線特征：v加上恒定荷載時(shí)，混凝土立即產(chǎn)生瞬時(shí)彈性變形，隨后，徐變隨時(shí)間增加較快，然后逐漸減慢。v卸荷后，一部分變形可恢復(fù)，稱為彈性恢復(fù)；其后將有一個(gè)隨時(shí)間而減小的應(yīng)變恢復(fù)稱為徐變恢復(fù)；最后殘留下來的變形成為不可逆徐變。徐變恢復(fù)加荷后的時(shí)間加荷后的時(shí)間( (天天) )彈性恢復(fù)不可恢復(fù)彈性變形徐變變形卸荷徐變產(chǎn)生的機(jī)理：v水泥石中的水化物凝膠顆粒之間的粘性流動(dòng)和剪切滑移；

15、v在荷載作用下，凝膠體內(nèi)的吸附水被擠出；v骨料的延后彈性變形 ；v過渡區(qū)裂縫的擴(kuò)展或產(chǎn)生。 加荷后，水泥石首先變形，骨料上的應(yīng)力增大，骨料產(chǎn)生彈性變形延后彈性變形吸附水吸附水吸附水排出吸附水排出徐變徐變徐變機(jī)理 不利： 徐變會(huì)引起混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)幾十年來生產(chǎn)的構(gòu)件預(yù)應(yīng)力損失達(dá)3050%； 混凝土構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間變化的撓度或變形。 有利 徐變會(huì)使溫度或其他收縮變形受約束時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力減?。?降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中區(qū)和因基礎(chǔ)不均勻沉陷引起局部應(yīng)力的結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力峰值。徐變的影響： 西太平洋Caroline群島上的一座橋梁(主跨為241m)，由于徐變使跨中向下?lián)锨?，加鋪的橋面板進(jìn)一步加劇徐

16、變，使該橋在建成不到20年后坍塌 (1996年)。影響徐變的因素： v濕含量：混凝土中的濕含量降低，徐變減小；v環(huán)境濕度：濕度降低，徐變?cè)龃?；v溫度：溫度升高，徐變?cè)龃螅?0C以上，使徐變降低；v骨料用量：體積含量增加，徐變減?。籿骨料的特性：泊松比和彈性模量，彈模越大，徐變?cè)叫?；v水灰比與齡期：水灰比增大，徐變?cè)龃?；v水泥用量：水灰比一定，水泥用量增加，徐變減小v荷載應(yīng)力水平：荷載越大，徐變會(huì)越大 。骨料的體積含量骨料的體積含量(%)骨料的體積含量對(duì)混凝土徐變 的影響溫度對(duì)混凝土徐變的影響荷載作用時(shí)間荷載作用時(shí)間(天天)加荷的應(yīng)力水平對(duì)混凝土徐變的影響加荷時(shí)間加荷時(shí)間( (天天) )環(huán)境濕度

17、對(duì)混凝土徐變的影響骨料的彈性模量對(duì)混凝土徐變的影響加荷時(shí)間加荷時(shí)間(對(duì)數(shù)對(duì)數(shù))4、收縮與徐變對(duì)混凝土開裂的影響v混凝土的開裂受多種因素的影響環(huán)境的物理與化學(xué)因素和荷載作用下的變形；混凝土的延性、強(qiáng)度等性能；變形受到約束的程度。v開裂條件：收縮與徐變的相互作用收縮受到約束時(shí)，產(chǎn)生拉應(yīng)力；在一定持續(xù)應(yīng)力下，混凝土?xí)a(chǎn)生徐變，引起應(yīng)力松弛，導(dǎo)致應(yīng)力隨時(shí)間減??；當(dāng)徐變后的實(shí)際應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土才會(huì)開裂。干縮與徐變混凝土在干燥狀態(tài)受壓下的變形無松弛作用時(shí)出現(xiàn)開裂混凝土的抗拉強(qiáng)度開裂延遲應(yīng)力松弛后的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)力松弛時(shí) 間收縮應(yīng)變受約束時(shí)產(chǎn)生的彈性拉應(yīng)力延伸性與開裂 Extensibility an

18、d Cracking延伸性的含義：彈性模量 彈模越小，產(chǎn)生一定量收縮引起的彈性拉應(yīng)力越??；徐變 徐變?cè)酱?，?yīng)力松弛越顯著，殘余拉應(yīng)力就越??；抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度越高，拉應(yīng)力使材料開裂的危險(xiǎn)越小。 Summaryv骨料和水泥石是彈性體，而混凝土是彈塑性體或粘彈性體，在受壓應(yīng)力作用，既產(chǎn)生彈性變形，又產(chǎn)生塑性變形；v混凝土的彈性模量不是一個(gè)常數(shù)，工程應(yīng)用中，一般用割線彈性模量作為設(shè)計(jì)依據(jù)，其大小取決于水泥石和骨料的彈性模量及其相對(duì)含量，以及界面狀況；v在干燥狀態(tài)下，混凝土內(nèi)部水的損失，而引起干縮變形，它與混凝土的組成、構(gòu)件幾何尺寸與形狀、環(huán)境條件等有關(guān)；v在與外界隔絕的條件下，由于水泥水化會(huì)引起混凝

19、土內(nèi)部自干燥，而產(chǎn)生整體的自干縮變形；v在荷載長(zhǎng)期作用下，混凝土?xí)l(fā)生隨時(shí)間增加的變形徐變，干燥會(huì)使徐變?cè)龃?；v在約束條件下，混凝土發(fā)生的各種變形，可引起開裂。(二) 混凝土的強(qiáng)度 Strength of Concretev幾個(gè)基本概念v混凝土受壓破壞機(jī)理 v決定混凝土強(qiáng)度的內(nèi)在因素 v混凝土強(qiáng)度的影響因素混凝土強(qiáng)度指標(biāo)的重要性v在混凝土設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制中，一般以強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)的性能。強(qiáng)度是土木工程結(jié)構(gòu)對(duì)材料的基本要求；混凝土的其它難以直接測(cè)量的主要性能，如彈性模量、抗水性、抗?jié)B性、耐久性都與強(qiáng)度有直接關(guān)系，所以，可以由強(qiáng)度數(shù)據(jù)推斷出其它性能的好壞；與其它許多性能相比，強(qiáng)度試驗(yàn)比較簡(jiǎn)單直觀，通過制

20、作試件，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)得的試件破壞時(shí)所能承受的最大內(nèi)應(yīng)力，即可計(jì)算得出混凝土的強(qiáng)度。三問？v混凝土受力破壞機(jī)理是什么？v混凝土強(qiáng)度有哪些影響因素？v如何使混凝土獲得所需要的強(qiáng)度？1、混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)v混凝土的強(qiáng)度是通過對(duì)試件進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)獲得的。v混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)有：抗壓試驗(yàn)l單軸受壓 混凝土受單方向壓力作用,工程中采用的強(qiáng)度一般是單軸抗壓強(qiáng)度；l多軸向受壓 混凝土受多方向壓應(yīng)力作用抗拉試驗(yàn)l直接拉伸試驗(yàn)l劈裂試驗(yàn)l抗彎試驗(yàn)(1) 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)v混凝土試件幾何形狀有立方體、棱柱體和圓柱體，我國(guó)以立方體試件為主；立方體試件的邊長(zhǎng)有100mm、150mm、200mm三種；當(dāng)混凝土中骨料的Dmax

21、20mm 時(shí)，可采用100mm立方體；當(dāng)混凝土中骨料的Dmax40mm 時(shí)，可采用150mm立方體或200mm。v試件的養(yǎng)護(hù)條件標(biāo)準(zhǔn)條件： 202C，相對(duì)濕度95%；工程現(xiàn)場(chǎng)條件。PPPP混凝土抗壓強(qiáng)度的幾個(gè)基本概念v立方體抗壓強(qiáng)度v立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值v強(qiáng)度等級(jí)v實(shí)際強(qiáng)度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：制作邊長(zhǎng)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：制作邊長(zhǎng)為150mm的立方體試的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件件，在標(biāo)準(zhǔn)條件(20 2 C，相對(duì)濕度，相對(duì)濕度95%)下，下，養(yǎng)護(hù)到養(yǎng)護(hù)到28天齡期，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值稱為天齡期，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值稱為混凝混凝土立方體抗壓強(qiáng)度土立方體抗壓強(qiáng)度，以，以“fcu”表示。表示。 用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的一組若干個(gè)

22、立方體抗用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的一組若干個(gè)立方體抗壓強(qiáng)度值的總體分布中的某一個(gè)值，低于該值壓強(qiáng)度值的總體分布中的某一個(gè)值，低于該值的百分率不超過的百分率不超過5%,該抗壓強(qiáng)度值稱為該抗壓強(qiáng)度值稱為立方體立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。以。以“fcu,k”表示表示 根據(jù)混凝土立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)混凝土立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)劃分的等級(jí)，劃分的等級(jí)，以符號(hào)以符號(hào)C+混凝土立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(fcu,k)表示。表示。 將試件在實(shí)際工程的溫濕度條件下養(yǎng)護(hù)將試件在實(shí)際工程的溫濕度條件下養(yǎng)護(hù)28天，測(cè)得的立天，測(cè)得的立方體試件強(qiáng)度，作為混凝土施工質(zhì)量控制和驗(yàn)收依據(jù)。方體試件強(qiáng)度，作為

23、混凝土施工質(zhì)量控制和驗(yàn)收依據(jù)。v軸心抗壓強(qiáng)度國(guó)家規(guī)范規(guī)定：用尺寸為150 mm 150 mm 300mm的標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件，按規(guī)定方法成型、標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度為軸心抗壓強(qiáng)度，以fcp表示；工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)；軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系： fcp = (0.70.8)fcu換算系數(shù)與混凝土強(qiáng)度有關(guān)，強(qiáng)度越高，系數(shù)越小。如何求得立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的？例如：一組試件的立方體抗壓強(qiáng)度值分別為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.

24、8, 35.8, 36.2, 37.9, 39.2(MPa) ，共有20個(gè)數(shù)據(jù)。 用比較法可得：其抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是30.2MPa； 因?yàn)?0個(gè)數(shù)據(jù)中，小于30.2MPa的只有一個(gè)29.5MPa，百分率為5。(2) 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)v直接軸心抗拉試驗(yàn)很困難荷載作用線難以與試件軸線保持重合，發(fā)生偏心；難以保證試件在受拉區(qū)斷裂。v劈裂抗拉試驗(yàn)試件：邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件或圓柱體試件原理：在試件的相對(duì)的表面素線上作用均勻分布的壓應(yīng)力，從而在豎向平面內(nèi)產(chǎn)生均勻拉伸應(yīng)力v四點(diǎn)彎拉試驗(yàn)試件：150150600(或550)mm3的梁式試件按三分點(diǎn)加荷進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，在試件下方產(chǎn)生拉伸應(yīng)力PPfd = P/A橫

25、截面積為A軸心直拉試驗(yàn)Tension Testing混凝土受拉伸 直拉試驗(yàn)劈裂抗拉四點(diǎn)彎曲拉伸單軸拉伸作用下混凝土的行為 混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、彈性模量和波松比均與單軸受壓作用條件下的類似，但是因?yàn)樵谶@種應(yīng)力狀態(tài)下抑制裂縫發(fā)展的可能性小得多，裂縫從擴(kuò)展開始到失穩(wěn)的過程短暫，呈現(xiàn)十分明顯的脆性斷裂。 劈裂抗拉試驗(yàn) Splitting Testfs 劈拉強(qiáng)度計(jì)算：fts = 2P/ a2 = 0.637( (P/ a2) ) a：立方體試件的邊長(zhǎng) ;150 mm 150 mm 150mm的立方體試件PPa受 拉fs彎拉試驗(yàn) Flexural Test/Modules of RuptureP L/

26、3 L/3 L/3 fb拉 壓v用尺寸為150 mm 150 mm 550mm的梁式試件，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天，采用三分點(diǎn)加荷方式試驗(yàn)，直至試件斷裂。v根據(jù)材料力學(xué)理論合線彈性應(yīng)力應(yīng)變分析，試件斷裂是的最大拉伸應(yīng)力為： fb = PL / bd2 (bd= 試件的截面積) 稱為斷裂模量 modulus of rupture2、混凝土受壓破壞機(jī)理 v混凝土受壓破壞過程 是內(nèi)部裂縫的發(fā)生、擴(kuò)展直致連通的過程，也是混凝土內(nèi)部固體相結(jié)構(gòu)從連續(xù)到不連續(xù)的發(fā)展過程。v受力狀態(tài)：由于粗骨料的強(qiáng)度和彈性模量大于水泥石的，在混凝土承受單向受壓時(shí)，使骨料的上下兩面產(chǎn)生壓應(yīng)力；而在骨料側(cè)面則產(chǎn)生拉應(yīng)力；由于力的傳遞

27、在骨料的上下面形成一鍥形，因而在契形兩側(cè)的水泥石還受到剪應(yīng)力，而在裂縫的尖端會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中?；炷猎嚰軌簳r(shí)內(nèi)部裂縫擴(kuò)展情形混凝土受壓破壞的三種形式 v骨料強(qiáng)度小于水泥石強(qiáng)度，則骨料劈裂破壞； v水泥石發(fā)生拉伸或剪切破壞； v水泥石與骨料的界面之間的粘結(jié)破壞。 普通混凝土普通混凝土剪切粘結(jié)破壞混凝土試件單軸受壓v裂縫的擴(kuò)展 混凝土抗拉強(qiáng)度較低，而裂縫尖端的應(yīng)力集中和受拉區(qū)所受的拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致裂縫在較低的壓應(yīng)力水平下擴(kuò)展和產(chǎn)生。v原始裂縫存在的原因：水泥水化收縮導(dǎo)致骨料與水泥石之間和水泥石內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫； 由于水泥石與粗骨料的彈性模量的差異，溫濕度的變化而導(dǎo)致產(chǎn)生界面微裂縫

28、； 混凝土拌和物的泌水現(xiàn)象，導(dǎo)致骨料下部形成水囊，干燥后即為界面裂縫。v混凝土內(nèi)部界面區(qū)對(duì)于混凝土受壓破壞很重要混凝土受壓破壞機(jī)理a. 受壓破壞，或者在較低應(yīng)力水平上拉伸破壞，都是因?yàn)槎嗔芽p的相互作用所導(dǎo)致，而不是單一裂縫擴(kuò)展的結(jié)果；b. 硬化水泥漿或混凝土中裂縫的擴(kuò)展不沿直線，而是繞過水泥石或骨料顆粒邊緣，沿著彎曲的路徑延伸，在此過程裂縫發(fā)生畸變與挫鈍。c. 混凝土是硬化水泥漿、過渡區(qū)和骨料的復(fù)合體，三者各有其本身的斷裂韌性(Kc)，很難測(cè)定。美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)混凝土中的界面過渡區(qū)v研究混凝土的力學(xué)行為，將混凝土材料作為三相復(fù)合體是很有幫助的:硬化水泥漿水泥石骨料界面過渡區(qū) (TZ

29、 ) v過渡區(qū)特征過渡區(qū)以厚度約為10-15 m的薄殼存在于粗骨料的周圍；過渡區(qū)比混凝土中其它兩相硬化水泥漿和骨料都弱，是混凝土中最薄弱的組份，所以雖然尺寸小，但對(duì)混凝土的力學(xué)行為影響很大；在混凝土澆灌好后，在粗骨料周圍形成一層水膜，導(dǎo)致粗骨料周圍的水灰比大于整體水泥漿，所以界面過渡區(qū)多孔，且鈣礬石和羥鈣石都呈取向性大晶體顆粒?；炷吝^渡區(qū)結(jié)構(gòu)骨 料C-S-H鈣礬石CH裂縫擴(kuò)展的路徑和方向骨 料水泥石骨料周圍的界面區(qū)普通混凝土的微結(jié)構(gòu)裂縫沿界面區(qū)擴(kuò)展過渡區(qū)的重要性v為什么?混凝土在受拉是脆性的，而受壓時(shí)又相當(dāng)強(qiáng)韌；混凝土的拉伸強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/20；在水灰比相同時(shí)，砂漿的強(qiáng)度大于混凝土的強(qiáng)

30、度；硬化水泥漿和骨料是彈性體，而混凝土不是；在相同水灰比時(shí)，砂漿的滲透性只有混凝土的1/100。過 渡 區(qū)v過渡區(qū)是“鏈的最薄弱環(huán)節(jié)”，一般認(rèn)為是混凝土強(qiáng)度的“限制相”；v改善過渡區(qū)的措施：低水灰比（w/c ）摻加超細(xì)礦物摻合料(很大比表面積) 選用骨料的種類 混凝土、砂漿和水泥漿體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線3、混凝土強(qiáng)度的影響因素 混凝土的強(qiáng)度fc隨著齡期和養(yǎng)護(hù)不斷增長(zhǎng)，主要有三方面的影響因素：組成材料的特性與配合比（內(nèi)在因素）澆灌與養(yǎng)護(hù)條件（溫濕度、時(shí)間）生產(chǎn)工藝與條件此外，強(qiáng)度試驗(yàn)參數(shù)影響到測(cè)試值。分析和掌握的思路： 材料的強(qiáng)度與其組成、結(jié)構(gòu)密切有關(guān) 組成影響因素：水泥、骨料和水及其特性與摻量；

31、結(jié)構(gòu)影響因素：組成材料及其分布、生產(chǎn)工藝與條件、澆灌與養(yǎng)護(hù)制度等。水泥品種齡期養(yǎng)護(hù)條件外加劑水化度水灰比凝膠結(jié)構(gòu)與組成孔隙率含水量水泥石強(qiáng)度骨料質(zhì)量表面特征化學(xué)組成骨料用量粒徑彈 模水泥石骨料粘結(jié)力混凝土混凝土強(qiáng)度強(qiáng)度生產(chǎn)因素混凝土強(qiáng)度的影響因素圖解1) 組成材料的特性與配合比v水灰比v水泥品種v骨料品種、最大粒徑與級(jí)配v水泥漿與骨料相對(duì)含量v拌合水v外加劑(化學(xué)外加劑、礦物外加劑)水灰比的影響v水泥水化所需的水量遠(yuǎn)少于為保證混凝土拌和物和易性所需的水量，剩余水將在混凝土中留下大量孔隙，而材料強(qiáng)度與孔隙率呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系；v混凝土強(qiáng)度與水灰比符合 “Abrams 定律”： 毛毛 細(xì)細(xì) 孔孔 隙隙

32、 率率 （ %） 抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度（Mpa） 硬化水泥漿體強(qiáng)度-毛細(xì)孔隙率關(guān)系140水灰比(W/C) fc K1 / K2w/cK1、K2 是常數(shù)，取決于混凝土的齡期、組成材料及測(cè)定方法等因素。不同水灰比硬化水泥漿體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系水灰比如何影響？v混凝土的強(qiáng)度隨著水灰比的減小而增加；v當(dāng) w/c 0.5 降低到0.150.30； 混凝土抗壓強(qiáng)度從30MPa 提高到200800MPa！2) 澆灌與養(yǎng)護(hù)條件的影響新拌混凝土的和易性搗實(shí)程度與養(yǎng)護(hù)條件硬化混凝土的微結(jié)構(gòu)硬化混凝土的強(qiáng)度養(yǎng) 護(hù) Curingv混凝土硬化過程中，人為地變化混凝土體周圍環(huán)境的溫度與濕度條件，使其微結(jié)構(gòu)和性能達(dá)到所需要的結(jié)果，

33、稱為對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度濕度v分析思路：水泥礦物的水化反應(yīng)與溫度、濕度的關(guān)系？混凝土致密、均勻的微結(jié)構(gòu)形成與溫度、濕度的關(guān)系？強(qiáng)度與濕養(yǎng)護(hù)v混凝土連續(xù)濕養(yǎng)護(hù)有利于混凝土強(qiáng)度的發(fā)展。v濕養(yǎng)護(hù)的措施：噴灑水浴用砂、木屑或薄膜覆蓋濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度越高timein air entire timemoist cured entire timein air after 3 daysin air after 7 daysStrength28100%澆灌與養(yǎng)護(hù)溫度的影響v三種情形:I. 澆灌和養(yǎng)護(hù)溫度相同. 溫度越高，強(qiáng)度增長(zhǎng)越快，為什么？II. 不同溫度下澆灌，常溫下養(yǎng)護(hù) 養(yǎng)護(hù)溫度相同時(shí)，澆灌溫度越高，混凝土后期強(qiáng)度(180天)越低。III. 常溫下澆灌，不同溫度下養(yǎng)護(hù) 養(yǎng)護(hù)溫度越低，強(qiáng)度越低?；炷吝B續(xù)在21C下養(yǎng)護(hù)28天的試樣強(qiáng)度的百分率(%) 混凝土在指定的溫度下澆灌密封放置混凝土在指定的溫度下澆灌密封放置2 2小時(shí)后，再在小時(shí)后，再在2121 C C下養(yǎng)護(hù)到測(cè)試齡期下養(yǎng)護(hù)到測(cè)試齡期說明：混凝土在說明：混凝土在21C下澆灌并放置下澆灌并放置6小時(shí)后，小時(shí)后，再在指定溫度下養(yǎng)護(hù)至測(cè)試齡期再在指定溫度下養(yǎng)護(hù)至測(cè)試齡期v養(yǎng)護(hù)溫度越低，強(qiáng)度越低；v養(yǎng)護(hù)溫度比澆灌溫度更重要!v冬天施工的混凝土必須采取措施保暖一段時(shí)間。v微觀研究表明：