材料力學(xué)性能 普通混凝土的力學(xué)性能

1、5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院1材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 裴立宅裴立宅材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院Email: , 5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院2普通混凝土的力學(xué)性能普通混凝土的力學(xué)性能5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院3n自從自從1824年發(fā)明水泥之后，年發(fā)明水泥之后，1830年左右就出現(xiàn)年左右就出現(xiàn)了混凝土，隨后又出現(xiàn)了鋼筋混凝土。了混凝土，隨后又出現(xiàn)了鋼筋混凝土。n20世紀(jì)世紀(jì)30年代又制出來了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土；年代又制出來了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土；n20世紀(jì)世紀(jì)70年代，混凝土外加劑的出現(xiàn)，年代，混凝土外加劑的出現(xiàn)，n特別是減水劑的

2、應(yīng)用，使混凝土非常容易地達(dá)特別是減水劑的應(yīng)用，使混凝土非常容易地達(dá)到到60MPa以上，同時(shí)外加劑可以改進(jìn)混凝土的以上，同時(shí)外加劑可以改進(jìn)混凝土的其它性能，所以被認(rèn)為混凝土發(fā)展史的第三次其它性能，所以被認(rèn)為混凝土發(fā)展史的第三次革命。革命。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院4普通混凝土的優(yōu)點(diǎn)：普通混凝土的優(yōu)點(diǎn)：n(1) 生產(chǎn)混凝土的原材料來源豐富，價(jià)格低廉。生產(chǎn)混凝土的原材料來源豐富，價(jià)格低廉。n(2) 混凝土拌和物具有良好的可塑性，可按工程結(jié)構(gòu)的要混凝土拌和物具有良好的可塑性，可按工程結(jié)構(gòu)的要求澆筑成各種形狀和任意尺寸的混凝土結(jié)構(gòu)物。求澆筑成各種形狀和任意尺寸的混凝土結(jié)構(gòu)物。n(3

3、) 配制靈活、適應(yīng)性好。配制靈活、適應(yīng)性好。n(4) 抗壓強(qiáng)度高?？箟簭?qiáng)度高。n(5) 與鋼筋之間有著非常好的粘接力，且混凝土的線膨脹與鋼筋之間有著非常好的粘接力，且混凝土的線膨脹系數(shù)與鋼筋基本相同，能保證共同工作，擴(kuò)展了混凝土的系數(shù)與鋼筋基本相同，能保證共同工作，擴(kuò)展了混凝土的應(yīng)用范圍。應(yīng)用范圍。n(6) 耐久性好。耐久性好。n(7) 耐火性好?；炷恋哪突鹦阅苓h(yuǎn)比木材、塑料的要好，耐火性好?；炷恋哪突鹦阅苓h(yuǎn)比木材、塑料的要好，可耐數(shù)小時(shí)的高溫仍保持其力學(xué)性能，有利于火災(zāi)時(shí)撲救。可耐數(shù)小時(shí)的高溫仍保持其力學(xué)性能，有利于火災(zāi)時(shí)撲救。n(8) 生產(chǎn)能耗低。生產(chǎn)能耗低。5/6/2022安徽工業(yè)大

4、學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院5混凝土的不足之處：混凝土的不足之處：n(1) 自重大、比強(qiáng)度小；自重大、比強(qiáng)度?。籲(2) 抗拉強(qiáng)度低；抗拉強(qiáng)度低；n(3) 導(dǎo)熱系數(shù)大，保溫隔熱性能差；導(dǎo)熱系數(shù)大，保溫隔熱性能差；n(4) 硬化慢、生產(chǎn)周期長。硬化慢、生產(chǎn)周期長。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院6n(1) 采用輕集料可降低混凝土的自重和改進(jìn)保溫隔熱性采用輕集料可降低混凝土的自重和改進(jìn)保溫隔熱性能；能；n(2) 摻入聚合物和纖維，可大大降低混凝土的脆性；摻入聚合物和纖維，可大大降低混凝土的脆性；n(3) 摻入早強(qiáng)劑可提高混凝土的早期強(qiáng)度，縮短施工周摻入早強(qiáng)劑可提高混凝土的早期強(qiáng)度，縮短施

5、工周期。期。n本章在介紹普通混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，討論了普本章在介紹普通混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，討論了普通混凝土的強(qiáng)度特性及其影響普通混凝土強(qiáng)度的主要通混凝土的強(qiáng)度特性及其影響普通混凝土強(qiáng)度的主要因素和提高混凝土強(qiáng)度的措施因素和提高混凝土強(qiáng)度的措施n論述了普通混凝土在外力和環(huán)境等因素作用下的變形論述了普通混凝土在外力和環(huán)境等因素作用下的變形特性。特性。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院7第一節(jié)第一節(jié) 普通混凝土的結(jié)構(gòu)普通混凝土的結(jié)構(gòu)n混凝土的定義：混凝土的定義：指由水泥、砂、石加水拌和，經(jīng)水泥水指由水泥、砂、石加水拌和，經(jīng)水泥水化硬化而成的一種人造石材，主要作為承受載荷的結(jié)構(gòu)化

6、硬化而成的一種人造石材，主要作為承受載荷的結(jié)構(gòu)材料使用。材料使用。n砂、石起骨架作用，稱為骨料；砂、石起骨架作用，稱為骨料；n水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在骨料表面并填充其水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在骨料表面并填充其空隙；空隙；5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院8n硬化混凝土是由粗、細(xì)集料和硬化水泥漿組成的，而硬硬化混凝土是由粗、細(xì)集料和硬化水泥漿組成的，而硬化水泥漿由水泥水化物、未水化的水泥顆粒、自由水、化水泥漿由水泥水化物、未水化的水泥顆粒、自由水、氣孔等組成，并且在集料表面及集料與硬化水泥漿體之氣孔等組成，并且在集料表面及集料與硬化水泥漿體之間也存在孔隙及裂縫等。間也

7、存在孔隙及裂縫等。n通過顯微鏡可觀察到在混凝土內(nèi)，從粗骨料表面至硬化通過顯微鏡可觀察到在混凝土內(nèi)，從粗骨料表面至硬化水泥漿體有一厚度約為水泥漿體有一厚度約為20到到100微米的區(qū)域范圍，通常稱微米的區(qū)域范圍，通常稱為過渡層。為過渡層。n在這一區(qū)域?qū)觾?nèi)，材料的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)狀態(tài)與區(qū)外漿在這一區(qū)域?qū)觾?nèi)，材料的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)狀態(tài)與區(qū)外漿體有所不同，在過渡層內(nèi)富集有氫氧化鈣晶體，水灰比體有所不同，在過渡層內(nèi)富集有氫氧化鈣晶體，水灰比高、孔隙率大。高、孔隙率大。n因此，過渡層結(jié)構(gòu)比較疏松、密度小、強(qiáng)度低，從而在因此，過渡層結(jié)構(gòu)比較疏松、密度小、強(qiáng)度低，從而在粗集料表面和硬化水泥漿之間形成一弱接觸層，對混

8、凝粗集料表面和硬化水泥漿之間形成一弱接觸層，對混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性都很不利。土強(qiáng)度和抗?jié)B性都很不利。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院9第二節(jié)第二節(jié) 普通混凝土的強(qiáng)度普通混凝土的強(qiáng)度n一般來講，混凝土的強(qiáng)度越高，剛性、不透水性、抵一般來講，混凝土的強(qiáng)度越高，剛性、不透水性、抵抗風(fēng)化和某些侵蝕介質(zhì)的能力越高?？癸L(fēng)化和某些侵蝕介質(zhì)的能力越高。n另一方面，混凝土的強(qiáng)度越高，往往干縮也越大，同另一方面，混凝土的強(qiáng)度越高，往往干縮也越大，同時(shí)較脆、易裂；時(shí)較脆、易裂；n因此，通常用混凝土的強(qiáng)度來評定和控制混凝土的質(zhì)因此，通常用混凝土的強(qiáng)度來評定和控制混凝土的質(zhì)量以及作為評價(jià)各種因素（如原料、

9、配合比、制造方量以及作為評價(jià)各種因素（如原料、配合比、制造方法和養(yǎng)護(hù)條件等）影響程度的指標(biāo)。法和養(yǎng)護(hù)條件等）影響程度的指標(biāo)。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院10一、混凝土立方體抗壓強(qiáng)度一、混凝土立方體抗壓強(qiáng)度n按照國標(biāo)按照國標(biāo)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法（GBJ81-85），制作邊長為），制作邊長為150mm的立方體試樣，在標(biāo)準(zhǔn)條件的立方體試樣，在標(biāo)準(zhǔn)條件（203、相對濕度、相對濕度90%以上）下，養(yǎng)護(hù)到以上）下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，齡期，測得的抗壓強(qiáng)度值為測得的抗壓強(qiáng)度值為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度（簡混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度（簡稱立方抗壓強(qiáng)度），以稱立方

10、抗壓強(qiáng)度），以fcu表示表示。n測定混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度時(shí)，也可根據(jù)粗集料測定混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度時(shí)，也可根據(jù)粗集料的最大粒徑而選用不同的試件尺寸，但試件邊長不得的最大粒徑而選用不同的試件尺寸，但試件邊長不得小于骨料最大直徑的小于骨料最大直徑的3倍。倍。n在計(jì)算抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)乘以換算系數(shù)，以得到相當(dāng)于在計(jì)算抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)乘以換算系數(shù)，以得到相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)試樣的試驗(yàn)結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)試樣的試驗(yàn)結(jié)果。n對于邊長為對于邊長為100mm和和200mm的立方體試件，換算系數(shù)的立方體試件，換算系數(shù)分別為分別為0.95和和1.05。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院11二、混凝土立方體抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度

11、與強(qiáng)度等級二、混凝土立方體抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度與強(qiáng)度等級n混凝土立方體抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，或稱混凝土立方體抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，或稱立方體抗壓強(qiáng)立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值度標(biāo)準(zhǔn)值，是指按標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的邊長為，是指按標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的邊長為150mm的立方體試件，在的立方體試件，在28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的強(qiáng)度總體分布中具有不低于法測得的強(qiáng)度總體分布中具有不低于95%保證率保證率的抗壓強(qiáng)度值，的抗壓強(qiáng)度值，以以fcu,k表示。表示。n混凝土的強(qiáng)度等級以符號混凝土的強(qiáng)度等級以符號C表示（以表示（以MPa計(jì)）：計(jì)）：n12等級：等級：C7.5、C10、C15 、C20、C25 、C30、C35

12、、C40、C45 、C50、C55 、C605/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院12n根據(jù)建筑物的不同部位和承受載荷的不同，采用根據(jù)建筑物的不同部位和承受載荷的不同，采用不同強(qiáng)度等級的混凝土，一般為：不同強(qiáng)度等級的混凝土，一般為：nC7.5-C15：用于墊層、基礎(chǔ)、地坪及受力不大的用于墊層、基礎(chǔ)、地坪及受力不大的結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；nC15-C25：用于普通混凝土結(jié)構(gòu)的梁、板、柱、樓用于普通混凝土結(jié)構(gòu)的梁、板、柱、樓梯和屋架等；梯和屋架等；nC25-C30：用于大跨度結(jié)構(gòu)、耐久性要求較高的結(jié)用于大跨度結(jié)構(gòu)、耐久性要求較高的結(jié)構(gòu)、預(yù)制構(gòu)件等；構(gòu)、預(yù)制構(gòu)件等；nC30以上：以上：用于預(yù)應(yīng)力鋼筋

13、混凝土結(jié)構(gòu)、吊車梁及用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、吊車梁及特種結(jié)構(gòu)等。特種結(jié)構(gòu)等。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院13三、混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度三、混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度n混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度又稱混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度又稱棱柱體抗壓強(qiáng)度棱柱體抗壓強(qiáng)度。n確定混凝土強(qiáng)度等級是采用立方體試件，但實(shí)際工程中，確定混凝土強(qiáng)度等級是采用立方體試件，但實(shí)際工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式極少是立方體的，大部分是棱柱體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式極少是立方體的，大部分是棱柱體（正方形截面）或圓柱體。（正方形截面）或圓柱體。n為了使測得的混凝土強(qiáng)度接近于混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，為了使測得的混凝土強(qiáng)度接近于混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際

14、情況，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算軸心受壓構(gòu)件（如柱子）時(shí)，都是在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算軸心受壓構(gòu)件（如柱子）時(shí)，都是采用混凝土的采用混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度fcp為依據(jù)。為依據(jù)。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院14根據(jù)根據(jù)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法（GBJ81-85）規(guī)）規(guī)定，測軸心抗壓強(qiáng)度采用定，測軸心抗壓強(qiáng)度采用150mm 150mm 300mm棱棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試樣。柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試樣。棱柱體試樣的制作條件與立方體試樣相同，棱柱體試樣的制作條件與立方體試樣相同，但測得的軸但測得的軸心抗壓強(qiáng)度心抗壓強(qiáng)度fcp比同截面的立方體強(qiáng)度值比同截面的立方體強(qiáng)度值fcu

15、小，小，棱柱體試樣高寬比越大，軸心抗壓強(qiáng)度越小，但當(dāng)高寬棱柱體試樣高寬比越大，軸心抗壓強(qiáng)度越小，但當(dāng)高寬比達(dá)到一定值后，強(qiáng)度就不再降低。這是由于試樣壓板比達(dá)到一定值后，強(qiáng)度就不再降低。這是由于試樣壓板與試樣表面之間的摩擦阻力對棱柱體試樣中部的影響已與試樣表面之間的摩擦阻力對棱柱體試樣中部的影響已消失，形成了純壓狀態(tài)，所以測試值較穩(wěn)定。消失，形成了純壓狀態(tài)，所以測試值較穩(wěn)定。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院15四、混凝土的抗拉強(qiáng)度四、混凝土的抗拉強(qiáng)度n混凝土的抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的混凝土的抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10-1/20，隨著強(qiáng)，隨著強(qiáng)度等級的提高，抗拉強(qiáng)度越低。度等級的提高

16、，抗拉強(qiáng)度越低。n因此，混凝土在直接受拉時(shí)，很小的變形就會產(chǎn)生因此，混凝土在直接受拉時(shí)，很小的變形就會產(chǎn)生開裂，破壞時(shí)沒有明顯的殘余變形，是一種脆性破開裂，破壞時(shí)沒有明顯的殘余變形，是一種脆性破壞。壞。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院16n混凝土的抗拉強(qiáng)度采用混凝土的抗拉強(qiáng)度采用劈裂法劈裂法，結(jié)果簡，結(jié)果簡稱稱劈拉強(qiáng)度劈拉強(qiáng)度。n標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度采標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度采用邊長用邊長150mm的立方體試件作為標(biāo)準(zhǔn)試的立方體試件作為標(biāo)準(zhǔn)試件。件。n測試原理：測試原理：在試件的兩個(gè)相對的表面中在試件的兩個(gè)相對的表面中部劃定的劈裂面位置線處，作用著均勻部劃定

17、的劈裂面位置線處，作用著均勻分布的壓力，這樣就能夠在此外力作用分布的壓力，這樣就能夠在此外力作用的豎向平面內(nèi)產(chǎn)生均布拉伸應(yīng)力，的豎向平面內(nèi)產(chǎn)生均布拉伸應(yīng)力，n見右圖，這個(gè)拉伸應(yīng)力可以根據(jù)彈性理見右圖，這個(gè)拉伸應(yīng)力可以根據(jù)彈性理論計(jì)算得出。論計(jì)算得出。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院17n根據(jù)根據(jù)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法（GBJ81-85）規(guī)定，測定混凝土的抗折強(qiáng)度應(yīng)采用規(guī)定，測定混凝土的抗折強(qiáng)度應(yīng)采用150mm 150mm600mm（550mm）小梁作為標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)）小梁作為標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28d后，按三點(diǎn)加載方式測得

18、抗折強(qiáng)后，按三點(diǎn)加載方式測得抗折強(qiáng)度：度：n采用的非標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，所得抗折強(qiáng)度值應(yīng)乘以尺寸換算采用的非標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，所得抗折強(qiáng)度值應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)系數(shù)0.85。五、混凝土的抗折強(qiáng)度五、混凝土的抗折強(qiáng)度5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院18第三節(jié)第三節(jié) 影響普通混凝土強(qiáng)度的因素影響普通混凝土強(qiáng)度的因素n普通混凝土的受力破壞出現(xiàn)在集料和水泥石的分界面普通混凝土的受力破壞出現(xiàn)在集料和水泥石的分界面上，因?yàn)檫@些部位往往存在許多孔隙、水隙和潛在的上，因?yàn)檫@些部位往往存在許多孔隙、水隙和潛在的微裂紋等結(jié)構(gòu)缺陷，是混凝土最薄弱的環(huán)節(jié)，這是常微裂紋等結(jié)構(gòu)缺陷，是混凝土最薄弱的環(huán)節(jié)，這是常見的粘接面

19、的破壞。見的粘接面的破壞。n普通混凝土中，集料最先破壞的可能性小，這是由于普通混凝土中，集料最先破壞的可能性小，這是由于集料強(qiáng)度經(jīng)常大大超過水泥石和粘接面的強(qiáng)度，所以集料強(qiáng)度經(jīng)常大大超過水泥石和粘接面的強(qiáng)度，所以混凝土的強(qiáng)度主要取決于混凝土的強(qiáng)度主要取決于水泥石和粘接面的強(qiáng)度水泥石和粘接面的強(qiáng)度。n而水泥石和粘接面的強(qiáng)度與而水泥石和粘接面的強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度等級、水灰比及水泥強(qiáng)度等級、水灰比及集料的性質(zhì)集料的性質(zhì)有密切關(guān)系。有密切關(guān)系。n混凝土強(qiáng)度還與混凝土強(qiáng)度還與施工方法、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)齡期施工方法、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)齡期等有等有關(guān)。關(guān)。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院19一、水泥強(qiáng)

20、度等級和水灰比一、水泥強(qiáng)度等級和水灰比n水泥強(qiáng)度等級相同的情況下，水灰比越大，多余水分越多，混凝水泥強(qiáng)度等級相同的情況下，水灰比越大，多余水分越多，混凝土強(qiáng)度也就越低，反之，強(qiáng)度越高。土強(qiáng)度也就越低，反之，強(qiáng)度越高。n如果加水太少，水灰比太小，拌和物過于干硬，在一定施工條件如果加水太少，水灰比太小，拌和物過于干硬，在一定施工條件下，無法保證混凝土被充分振搗密實(shí)，混凝土中將出現(xiàn)較多的蜂下，無法保證混凝土被充分振搗密實(shí)，混凝土中將出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，反而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重下降。窩、孔洞，反而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重下降。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院20n實(shí)際工程中，以上線性關(guān)系很適

21、用，結(jié)合考慮水泥強(qiáng)度并應(yīng)實(shí)際工程中，以上線性關(guān)系很適用，結(jié)合考慮水泥強(qiáng)度并應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，可建立混凝土強(qiáng)度與灰水比之間的關(guān)系用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，可建立混凝土強(qiáng)度與灰水比之間的關(guān)系式，即混凝土強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式，又稱鮑羅米公式：式，即混凝土強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式，又稱鮑羅米公式：5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院21n混凝土強(qiáng)度公式具有以下兩方面的作用：混凝土強(qiáng)度公式具有以下兩方面的作用：n（1）當(dāng)已知所用水泥強(qiáng)度等級和水灰比時(shí)，用此公）當(dāng)已知所用水泥強(qiáng)度等級和水灰比時(shí)，用此公式可估算混凝土式可估算混凝土28d可能達(dá)到的抗壓強(qiáng)度值；可能達(dá)到的抗壓強(qiáng)度值；n（2）當(dāng)已知所用水泥強(qiáng)度等級及要求的混凝

22、土強(qiáng)度）當(dāng)已知所用水泥強(qiáng)度等級及要求的混凝土強(qiáng)度時(shí)，用此公式可估算應(yīng)采用的水灰比值。時(shí)，用此公式可估算應(yīng)采用的水灰比值。n這一經(jīng)驗(yàn)公式，一般只適用于流動性混凝土和低流這一經(jīng)驗(yàn)公式，一般只適用于流動性混凝土和低流動性混凝土，即灰水比動性混凝土，即灰水比C/W=1.22.5間的混凝土，對間的混凝土，對于干硬性混凝土不適用。于干硬性混凝土不適用。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院22二、粗集料與漿集比二、粗集料與漿集比n混凝土試樣在單向壓力載荷作用下，當(dāng)載荷達(dá)到極大載荷混凝土試樣在單向壓力載荷作用下，當(dāng)載荷達(dá)到極大載荷的的50%-70%時(shí)，在內(nèi)部出現(xiàn)垂直裂縫，裂縫形成的應(yīng)力大時(shí)，在內(nèi)部

23、出現(xiàn)垂直裂縫，裂縫形成的應(yīng)力大多取決于粗集料的性質(zhì)。多取決于粗集料的性質(zhì)。n光滑的卵石制成的混凝土的開裂應(yīng)力較粗糙有棱角的碎石光滑的卵石制成的混凝土的開裂應(yīng)力較粗糙有棱角的碎石混凝土的要低，這可能是由于表面性質(zhì)對機(jī)械結(jié)合影響的混凝土的要低，這可能是由于表面性質(zhì)對機(jī)械結(jié)合影響的緣故，粗集料的形狀對機(jī)械結(jié)合有一定的影響。緣故，粗集料的形狀對機(jī)械結(jié)合有一定的影響。n骨料品種對混凝土強(qiáng)度的影響，與水灰比骨料品種對混凝土強(qiáng)度的影響，與水灰比W/C有關(guān)。有關(guān)。n當(dāng)當(dāng)W/C0.4，用碎石制成的混凝土的強(qiáng)度較卵石的要高，用碎石制成的混凝土的強(qiáng)度較卵石的要高，兩者的差值高達(dá)兩者的差值高達(dá)30%。n而當(dāng)而當(dāng)W/C

24、=0.65時(shí)，用碎石和卵石制成的混凝土的強(qiáng)度基本時(shí)，用碎石和卵石制成的混凝土的強(qiáng)度基本上沒有差異。上沒有差異。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院23n混凝土中水泥漿的體積與集料體積之比（漿集比），混凝土中水泥漿的體積與集料體積之比（漿集比），對混凝土的強(qiáng)度有一定影響。水灰比相同時(shí)，增加漿對混凝土的強(qiáng)度有一定影響。水灰比相同時(shí)，增加漿集比，可以獲得更大地流動性，從而使混凝土更易于集比，可以獲得更大地流動性，從而使混凝土更易于成型密實(shí)，所以適量增加漿集比可以提高混凝土的強(qiáng)成型密實(shí)，所以適量增加漿集比可以提高混凝土的強(qiáng)度。度。n但是漿集比過大，則水泥硬化過程中產(chǎn)生的收縮，會但是漿集比過

25、大，則水泥硬化過程中產(chǎn)生的收縮，會形成微裂紋，反而會降低水泥混凝土的強(qiáng)度。形成微裂紋，反而會降低水泥混凝土的強(qiáng)度。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院24三、養(yǎng)護(hù)溫度與濕度三、養(yǎng)護(hù)溫度與濕度5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院255/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院26四、齡期的影響四、齡期的影響n試驗(yàn)表明：由中等強(qiáng)度等級的普通水泥配制的混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)表明：由中等強(qiáng)度等級的普通水泥配制的混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展大致與齡期的對數(shù)成正比關(guān)系養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展大致與齡期的對數(shù)成正比關(guān)系（齡期不小于（齡期不小于3天）：天）：5/6/2

26、022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院27五、提高混凝土強(qiáng)度和促進(jìn)強(qiáng)度發(fā)展的主要措施五、提高混凝土強(qiáng)度和促進(jìn)強(qiáng)度發(fā)展的主要措施n（一）采用高強(qiáng)度等級水泥或早強(qiáng)型水泥（一）采用高強(qiáng)度等級水泥或早強(qiáng)型水泥n（二）減小水灰比（二）減小水灰比n減小水灰比是提高混凝土強(qiáng)度最有效的途徑。在低水灰比的減小水灰比是提高混凝土強(qiáng)度最有效的途徑。在低水灰比的干硬性混凝土拌和物中游離水少，硬化后在混凝土中留下的干硬性混凝土拌和物中游離水少，硬化后在混凝土中留下的孔隙少，混凝土密實(shí)度高，所以強(qiáng)度可顯著提高?？紫渡?，混凝土密實(shí)度高，所以強(qiáng)度可顯著提高。n（三）摻加混凝土外加劑和摻合劑（三）摻加混凝土外加劑和摻合劑n混凝

27、土中摻入早強(qiáng)劑，可顯著提高其早期強(qiáng)度，當(dāng)摻入減水混凝土中摻入早強(qiáng)劑，可顯著提高其早期強(qiáng)度，當(dāng)摻入減水劑，由于可大幅度減少拌和用水量，混凝土可獲得高強(qiáng)度。劑，由于可大幅度減少拌和用水量，混凝土可獲得高強(qiáng)度。n（四）采用機(jī)械攪拌和振搗（四）采用機(jī)械攪拌和振搗n工程中采用干硬性混凝土或低流動性混凝土?xí)r，必須同時(shí)采工程中采用干硬性混凝土或低流動性混凝土?xí)r，必須同時(shí)采用機(jī)械攪拌和機(jī)械振搗混凝土，只有這樣才能使混凝土拌和用機(jī)械攪拌和機(jī)械振搗混凝土，只有這樣才能使混凝土拌和物攪拌均勻并在振動作用下充分密實(shí)成型，內(nèi)部孔隙大大減物攪拌均勻并在振動作用下充分密實(shí)成型，內(nèi)部孔隙大大減小，從而使混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度大

28、大提高。小，從而使混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度大大提高。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院28（五）采用濕熱處理養(yǎng)護(hù)混凝土（五）采用濕熱處理養(yǎng)護(hù)混凝土n濕熱養(yǎng)護(hù)：就是通過提高混凝土養(yǎng)護(hù)溫度和濕度，濕熱養(yǎng)護(hù)：就是通過提高混凝土養(yǎng)護(hù)溫度和濕度，以加快水泥的硬化，提高早期強(qiáng)度。以加快水泥的硬化，提高早期強(qiáng)度。n（1）蒸汽養(yǎng)護(hù)）蒸汽養(yǎng)護(hù)n將澆筑好的混凝土構(gòu)件經(jīng)一定時(shí)間預(yù)養(yǎng)后，置于將澆筑好的混凝土構(gòu)件經(jīng)一定時(shí)間預(yù)養(yǎng)后，置于100的的常壓飽和蒸氣壓中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以加速水泥水化，促進(jìn)混常壓飽和蒸氣壓中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以加速水泥水化，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的快速增長。凝土強(qiáng)度的快速增長。n（2）蒸壓養(yǎng)護(hù)）蒸壓養(yǎng)護(hù)n將澆

29、筑好的混凝土構(gòu)件經(jīng)一定時(shí)間預(yù)養(yǎng)后，放入蒸壓釜將澆筑好的混凝土構(gòu)件經(jīng)一定時(shí)間預(yù)養(yǎng)后，放入蒸壓釜內(nèi)，通入高壓、高溫飽和蒸氣對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。內(nèi)，通入高壓、高溫飽和蒸氣對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院29n一、普通混凝土材料的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度一、普通混凝土材料的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度n根據(jù)格雷菲斯（根據(jù)格雷菲斯（Griffith）理論，固體材料的理論抗）理論，固體材料的理論抗拉強(qiáng)度可近似的用下式計(jì)算：拉強(qiáng)度可近似的用下式計(jì)算：第四節(jié)第四節(jié) 普通混凝土的脆性斷裂普通混凝土的脆性斷裂5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院30n混凝土受力時(shí)，混凝土的裂縫擴(kuò)展過程可

30、用下列的一些混凝土受力時(shí)，混凝土的裂縫擴(kuò)展過程可用下列的一些方法來檢驗(yàn)：方法來檢驗(yàn)：n（1）混凝土應(yīng)力）混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率的減?。粦?yīng)變曲線斜率的減??；n（2）泊松比的增大；）泊松比的增大；n（3）通過聲波在試塊中的傳播速度降低；）通過聲波在試塊中的傳播速度降低；n（4）試塊受力后對其截面直接）試塊受力后對其截面直接SEM或用光學(xué)顯微鏡觀察?；蛴霉鈱W(xué)顯微鏡觀察。二、混凝土的裂縫擴(kuò)展過程二、混凝土的裂縫擴(kuò)展過程5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院31以混凝土單軸受壓為例，繪出的靜力受載時(shí)的荷載以混凝土單軸受壓為例，繪出的靜力受載時(shí)的荷載-變形曲線如下：變形曲線如下：5/6/202

31、2安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院32第五節(jié)第五節(jié) 普通混凝土的變形普通混凝土的變形n變形分類：變形分類：n（1）非荷載型變形：）非荷載型變形：由混凝土內(nèi)部及外部環(huán)境因素引起由混凝土內(nèi)部及外部環(huán)境因素引起的各種物理化學(xué)變化發(fā)生的變形；的各種物理化學(xué)變化發(fā)生的變形；n（2）荷載型變形：）荷載型變形：混凝土構(gòu)件在受力過程中，根據(jù)自身混凝土構(gòu)件在受力過程中，根據(jù)自身特定的本構(gòu)關(guān)系產(chǎn)生的變形。特定的本構(gòu)關(guān)系產(chǎn)生的變形。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院33n（一）化學(xué)收縮（一）化學(xué)收縮n混凝土在硬化過程中，由于水泥水化生成物的體積，比反應(yīng)混凝土在硬化過程中，由于水泥水化生成物的體積，比反

32、應(yīng)前物質(zhì)的總體積（包括水的體積）小，而使混凝土產(chǎn)生的體前物質(zhì)的總體積（包括水的體積）小，而使混凝土產(chǎn)生的體積收縮。積收縮。n（二）塑性收縮（二）塑性收縮n混凝土拌合物在剛成型后，固體顆粒下沉，混凝土表面產(chǎn)生混凝土拌合物在剛成型后，固體顆粒下沉，混凝土表面產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。當(dāng)混凝土表面水分蒸發(fā)的速度大于泌水速度時(shí)，泌水現(xiàn)象。當(dāng)混凝土表面水分蒸發(fā)的速度大于泌水速度時(shí)，由于表面張力的作用，混凝土表面產(chǎn)生收縮，稱為塑性收縮。由于表面張力的作用，混凝土表面產(chǎn)生收縮，稱為塑性收縮。一、物理化學(xué)因素引起的變形一、物理化學(xué)因素引起的變形5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院34（三）碳化收縮（三）碳化收

33、縮n空氣中的二氧化碳會與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生碳化反應(yīng)，而空氣中的二氧化碳會與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生碳化反應(yīng)，而引起混凝土體積的減小。引起混凝土體積的減小。（四）干濕變形（四）干濕變形n混凝土在干燥過程中，首先發(fā)生氣孔水和毛細(xì)水的蒸發(fā)?；炷猎诟稍镞^程中，首先發(fā)生氣孔水和毛細(xì)水的蒸發(fā)。n氣孔水的蒸發(fā)并不引起混凝土的收縮，毛細(xì)孔水的蒸發(fā)，氣孔水的蒸發(fā)并不引起混凝土的收縮，毛細(xì)孔水的蒸發(fā)，使毛細(xì)孔中形成負(fù)壓，隨著空氣濕度的降低負(fù)壓逐漸增大，使毛細(xì)孔中形成負(fù)壓，隨著空氣濕度的降低負(fù)壓逐漸增大，產(chǎn)生收縮力，導(dǎo)致混凝土收縮。產(chǎn)生收縮力，導(dǎo)致混凝土收縮。n當(dāng)毛細(xì)孔中的水蒸發(fā)完后，如果繼續(xù)干燥，則凝膠體顆粒當(dāng)毛細(xì)孔

34、中的水蒸發(fā)完后，如果繼續(xù)干燥，則凝膠體顆粒的吸附水也發(fā)生部分蒸發(fā)，由于分子引力的作用，粒子間的吸附水也發(fā)生部分蒸發(fā)，由于分子引力的作用，粒子間距離變小，使凝膠體緊縮。距離變小，使凝膠體緊縮。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院355/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院36n（1）水泥用量、細(xì)度及品種的影響）水泥用量、細(xì)度及品種的影響n干縮主要由水泥石的干縮引起，而骨料對干縮有制約作用，所干縮主要由水泥石的干縮引起，而骨料對干縮有制約作用，所以水灰比不變時(shí)，水泥漿料越多，干縮率就越大。采用高強(qiáng)度以水灰比不變時(shí)，水泥漿料越多，干縮率就越大。采用高強(qiáng)度等級水泥，水泥顆粒較細(xì)，干

35、縮率也較大。等級水泥，水泥顆粒較細(xì)，干縮率也較大。n（2）水灰比的影響）水灰比的影響n水泥用量不變，干縮率隨著水灰比的增大而增加。水泥用量不變，干縮率隨著水灰比的增大而增加。n（3）集料質(zhì)量的影響）集料質(zhì)量的影響n砂石形成骨架，對收縮有一定的限制作用，所以混凝土的收縮砂石形成骨架，對收縮有一定的限制作用，所以混凝土的收縮率小于水泥砂漿的收縮率，水泥砂漿的收縮率小于水泥凈漿的率小于水泥砂漿的收縮率，水泥砂漿的收縮率小于水泥凈漿的收縮率。收縮率。n（4）施工質(zhì)量的影響）施工質(zhì)量的影響n澆筑成型密實(shí)、并延長濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間，可推遲干縮變形的發(fā)生和澆筑成型密實(shí)、并延長濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間，可推遲干縮變形的發(fā)生和發(fā)展，

36、但對混凝土的最終干縮率沒有顯著影響。發(fā)展，但對混凝土的最終干縮率沒有顯著影響。影響混凝土干縮的因素：影響混凝土干縮的因素：5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院37（五）溫度變形（五）溫度變形n混凝土的熱膨脹系數(shù)大約為（混凝土的熱膨脹系數(shù)大約為（0.61.3）10-5mm/(mm)，一，一般取般取1.010-5mm/(mm) ，即每升高，即每升高1，每米膨脹，每米膨脹0.01mm。n溫度變形對大體積混凝土不利，易出現(xiàn)溫度裂縫。溫度變形對大體積混凝土不利，易出現(xiàn)溫度裂縫。n大體積混凝土在硬化初期，水泥水化放出熱量，但混凝土為熱大體積混凝土在硬化初期，水泥水化放出熱量，但混凝土為熱的不良

37、導(dǎo)體，散熱慢，所以內(nèi)部溫度比外部溫度高，可達(dá)的不良導(dǎo)體，散熱慢，所以內(nèi)部溫度比外部溫度高，可達(dá)50-70 ，所以內(nèi)部產(chǎn)生體積膨脹，外部產(chǎn)生體積收縮，則在表面產(chǎn)，所以內(nèi)部產(chǎn)生體積膨脹，外部產(chǎn)生體積收縮，則在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。生拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。n因此，對于大體積混凝土工程，應(yīng)盡量減少混凝土發(fā)熱量，如因此，對于大體積混凝土工程，應(yīng)盡量減少混凝土發(fā)熱量，如采用低熱水泥、減少水泥用量、采用人工降溫措施。采用低熱水泥、減少水泥用量、采用人工降溫措施。n一般縱長的混凝土結(jié)構(gòu)，一般采取每隔一段距離設(shè)置一道伸縮一般縱長的混凝土結(jié)構(gòu)，一般采取每隔一段距離設(shè)置一道伸縮縫，以及在結(jié)構(gòu)中設(shè)

38、置溫度鋼筋等措施?？p，以及在結(jié)構(gòu)中設(shè)置溫度鋼筋等措施。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院38二、在短荷載作用下的變形二、在短荷載作用下的變形n（一）混凝土的彈塑性變形（一）混凝土的彈塑性變形n混凝土由砂石集料、水泥石、游離水分和氣泡組成，決定了混混凝土由砂石集料、水泥石、游離水分和氣泡組成，決定了混凝土本身不均勻，受力時(shí)既能產(chǎn)生能恢復(fù)的彈性變形，也有可凝土本身不均勻，受力時(shí)既能產(chǎn)生能恢復(fù)的彈性變形，也有可恢復(fù)的塑性變形，是一種彈塑性體?；謴?fù)的塑性變形，是一種彈塑性體。5/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院395/6/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院40（二）混凝土的變形模量（二）混凝土的變形模量n應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線上任一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，稱為混凝土在該應(yīng)變曲線上任一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，稱為混凝土在該應(yīng)力下的變形模