第四章體積穩(wěn)定性第1頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四干燥收縮導致開裂----龜（jun）裂第2頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第3頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第4頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四裂縫是混凝土建筑物最常見的病害之一。裂縫是材料的不連續(xù)現(xiàn)象，屬于物理性病害，是水工混凝土耐久性的首要影響因素。裂縫的出現(xiàn)，多數(shù)在施工期就存在，有的雖然在施工期以后，也多在運行初期5～10年以內(nèi)，不是由于運行期長工程老化問題，而是早期的問題。裂縫的存在直接導致混凝土抗拉性能的降低，裂縫也會引導有害物質(zhì)進入混凝土內(nèi)部，造成鋼筋銹蝕，甚至混凝土結(jié)構(gòu)破壞。第5頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四混凝土變形的種類和意義Thermalshrinkage---溫度收縮Dryingshrinkage---干燥收縮Chemicalshrinkage---化學收縮Carbonationshrinkage---碳化收縮Creepandstressrelaxation---徐變和應力松弛第6頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四水泥水化的主要反應第7頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四成分OPC中典型含量水化產(chǎn)物水化水（g/gsolid）ΔHhydration[J/g(dry)C3S55C-S-H,CH0.24-517C2S20C-S-H,CH0.21-262C3A6單硫型硫鋁酸鹽0.80-1144鈣礬石2.13-1672C4AF9C6AFH120.37-148CaSO4(可溶性硬石膏)

0.26-200CaSO4(不可溶性硬石膏)5

0.26-124CaSO4.0.5H2O

CaSO4.2H2O0.19-104Na,K2SO41

---CaO

CH0.32-1166典型的OPC

0.30-500波特蘭水泥各成分的水化反應及其放熱第8頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四反應完全水化的H(J/g)單礦物熟料測定值水泥測定值計算值測定值C3SCSH+CH380500570490C2SCSH+CH170250222605C3AC4AH13+C2AH81260C3AH6900880840單硫鋁酸鹽1340C4AFC3(A.F)H520420335

單硫形鐵鋁酸鹽460各種礦物的水化熱理論值與測定值第9頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四不同齡期的礦物水化熱礦物各齡期水化熱，J/g3d90d13yC3S58.4104122C2S124259C3A212311324C4AF6998102第10頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四單礦物凈漿試體的抗壓強度(MPa)礦物3d28d180d365C3S31.645.750.257.3-C2S2.354.1218.931.9C3A11.612.200C4AF29.437.748.358.3---黃士元等，近代混凝土技術(shù)，陜西科學技術(shù)出版社，西安：1988.1022－23第11頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四水泥水化過程中的體積變化第12頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四化學收縮化學收縮時由化學反應引起的收縮。它包括：水化收縮、結(jié)晶收縮、碳化收縮和晶型轉(zhuǎn)化收縮。水泥在水化過程中，由于無水熟料礦物轉(zhuǎn)化為水化物，所以，水化后的固相體積比水化前大的多，但對水泥-水體系的總體積來說，是減小的，其總體積約減少7%。第13頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四具體計算方法以-C2S為例：2C2S+4H2O2C2S4H2O克分子量172.372244.3密度(g/cm3)3.281.002.13克分子體積52.572114.7體系的體積變化：124.5114.7固相體積增加率=(114.7-52.5)/52.5x100%=118%第14頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四2C3S+6H=C3S2H3+CH密度3.141.002.442.23分子量228.2318.02342.4874.10摩爾體積72.7148.02140.4033.23體系中所占體積145.41108.12140.4099.69C3S水化前后體積的變化253.53240.0913.45第15頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四反應前后的體積變化反應前總體積253.53，反應后總體積240.09，減少了13.45，相當于總體積減少了5.31％；固相體積：反應后/反應前＝165.11％；其它礦物表現(xiàn)出相似的規(guī)律第16頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四序反應式分子量（g）密度（g/cm3）絕對體積（cm3）固相絕對體積（cm3）絕對體積變化（cm3）反應前反應后反應前反應后體系固相12C3S+6H=C3S2H3+3CH456.6108.2342.5222.33.151.002.712.23253.1226.1145.0226.1-10.67+55.9322C2S+4H=C3S2H3+CH344.672.1342.574.13.261.002.712.23177.8159.6105.7159.6-10.2+50.993C3A+33CaSO4+25H=C3A3CaSO4H31270.2516.5450.41237.13.042.321.001.79761.91691.11311.51691.11-9.29+121.864C3A+6H=C3AH6270.2108.1378.33.041.002.52196.98150.1188.88150.11-23.79+68.89第17頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四C3A的減縮量最大，達到23.79％，固相體積膨脹量也最大，121.86％達到；水泥完全水化時，總體積約減少6％左右；固相體積增加，水化物占據(jù)原來的充水空間；1立方米混凝土約用300公斤水泥，則最大的減水率可達到1.8％；第18頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四Creep-徐變徐變---在給定荷載下，材料的變形隨著時間的延長而增加的現(xiàn)象稱為徐變。徐變引起應力的損失---應力松弛有利---延緩混凝土結(jié)構(gòu)的開裂！不利---預應力混凝土中應力損失！第19頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第20頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四4.2混凝土的彈性模量引言測試材料泊松比復合材料模型第21頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四引言彈性行為應力/MPa應變,10-6

骨料混凝土水泥漿體圖水泥漿體、骨料、混凝土的典型應力-應變行為混凝土非線性的應力應變關(guān)系水泥漿體、骨料和混凝土典型的應力-應變曲線第22頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四引言(1)30%極限應力(2)50%極限應力(3)75%極限應力(4)破壞應力應變應力(極限百分比)界面過渡區(qū)的微裂縫單軸壓縮下混凝土應力-應變表現(xiàn)的示意圖第23頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四各種不同的彈性模量含義第24頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第25頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四抗彎彈性模量撓度荷載間距慣性力矩第26頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四測試應變應力彈性模量的種類割線E的計算值(基于第三條曲線)混凝土A混凝土B混凝土C第27頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四彈性模量計算經(jīng)驗公式AmericanSocietyforTestingandMaterials-美國材料與試驗協(xié)會第28頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四ASTM介紹ASTM前身是國際材料試驗協(xié)會（InternationalAssociationforTestingMaterials,IATM）。19世紀80年代，為解決采購商與供貨商在購銷工業(yè)材料過程中產(chǎn)生的意見和分歧，有人提出建立技術(shù)委員會制度，由技術(shù)委員會組織各方面的代表參加技術(shù)座談會，討論解決有關(guān)材料規(guī)范、試驗程序等方面的爭議問題。IATM首次會議于1882年在歐洲召開，會上組成了工作委員會。當時，主要是研究解決鋼鐵和其它材料的試驗方法問題。在1898年6月16日，有70名IATM會員聚集在美國費城，開會成立國際材料試驗協(xié)會美國分會。1902年在國際材料試驗協(xié)會分會第五屆年會上，宣告美國分會正式獨立，取名為美國材料試驗學會（AmericanSocietyforTestingMaterials）。隨著其業(yè)務范圍的不斷擴大和發(fā)展，學會的工作中心不僅僅是研究和制定材料規(guī)范和試驗方法標準，還包括各種材料、產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務項目的特點和性能標準，以及試驗方法、程序等標準。1961年該組織又將其名稱改為延用至今的美國材料與試驗協(xié)會（AmericanSocietyforTestingandMaterials,ASTM）。

第29頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第30頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四ComiteEuro-InternationalduBeton(CEB)andtheFederationInternationaledelaPrecontrainte(FIP).歐洲混凝土協(xié)會——國際預應力聯(lián)合會(CEB-一FIP)第31頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四材料的影響水灰比骨料種類骨料含量第32頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四影響混凝土彈性模量的因素試件的潮濕狀態(tài)和加荷條件水泥漿基體的彈性模量界面過渡區(qū)的組成和孔隙率骨料的彈性模量體積分數(shù)孔隙率孔隙率試驗參數(shù)水泥漿基體界面過渡區(qū)骨料影響混凝土彈性模量的不同參數(shù)第33頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四實驗結(jié)果彈性模量/GPa抗壓強度/MPa彈性模量與混凝土強度之間的關(guān)系第34頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四泊松比有多少彈性模量能表征單一材料？第35頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四荷載和相對濕度對干燥收縮粘彈性行為的影響徐變應力松弛第36頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四干燥收縮非限制狀態(tài)干燥收縮限制狀態(tài)干燥收縮恒應變徐變+干燥收縮第37頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四干燥收縮+應力松弛（限制狀態(tài)）干燥收縮+應力松弛（恒應變狀態(tài)）第38頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四圖4.8干燥收縮的可恢復性第39頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四徐變的可恢復性第40頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四砼干縮與水泥漿干縮的關(guān)系：砼徐變與水泥漿體徐變的關(guān)系：忽略未水化水泥顆粒后：第41頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四骨料含量對混凝土干縮和徐變的影響第42頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四骨料類型對混凝土干縮和徐變的影響第43頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四水泥用量和水灰比對干縮和徐變的影響第44頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四干縮和徐變與時間的依存性第45頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四相對濕度對干縮和徐變的影響第46頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四試件尺寸和相對濕度對徐變和干縮的影響第47頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四溫度對混凝土徐變的影響在應力值達到其強度的70%時，環(huán)境溫度從21度升高到70度，混凝土徐變增大3-5倍。第48頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四應力水平對徐變的影響第49頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四高應力水平下，計算徐變的修正系數(shù)表第50頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四由于徐變引起的應力松弛計算公式第51頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四溫度收縮第52頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第53頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第54頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第55頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第56頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第57頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第58頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第59頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第60頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四第61頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四復合材料討論需求介紹各種模型第62頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四并聯(lián)模型串聯(lián)模型希爾施模型漢森模型Counto模型傳統(tǒng)的混凝土兩相模型