《土木工程材料》課件（混凝土力學(xué)性質(zhì)-宋少民）

混凝土力學(xué)性質(zhì)本課程將深入探討混凝土的力學(xué)性質(zhì)，包括其基本特性、物理性質(zhì)和力學(xué)性能。我們將分析影響混凝土性能的因素，以及測(cè)定和分級(jí)方法。引言課程概述介紹混凝土力學(xué)性質(zhì)的重要性及學(xué)習(xí)目標(biāo)。學(xué)習(xí)內(nèi)容概述本課程將涵蓋的主要主題和關(guān)鍵概念。應(yīng)用價(jià)值探討掌握混凝土力學(xué)性質(zhì)知識(shí)對(duì)土木工程的重要意義?；炷恋闹匾约捌鋺?yīng)用領(lǐng)域建筑領(lǐng)域高層建筑、橋梁、隧道等大型工程結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)設(shè)施道路、水壩、港口等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。工業(yè)應(yīng)用工廠、倉(cāng)庫(kù)、儲(chǔ)罐等工業(yè)設(shè)施建設(shè)?；炷恋幕拘再|(zhì)強(qiáng)度混凝土具有高抗壓強(qiáng)度，是其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵原因。耐久性能夠長(zhǎng)期承受各種環(huán)境條件的侵蝕和破壞?？伤苄孕掳杌炷烈子诔尚停芍谱鞲鞣N形狀的構(gòu)件?；炷恋奈锢硇再|(zhì)密度混凝土的質(zhì)量與體積比，影響結(jié)構(gòu)自重。吸水性混凝土吸收和保持水分的能力，影響耐久性。孔隙率混凝土內(nèi)部空隙的比例，影響強(qiáng)度和滲透性。密度2.2普通混凝土密度普通混凝土的平均密度約為2.2-2.4t/m3。1.8輕質(zhì)混凝土密度輕質(zhì)混凝土密度可低至1.8t/m3。2.8重質(zhì)混凝土密度重質(zhì)混凝土密度可高達(dá)2.8t/m3。吸水性1表面吸水表面毛細(xì)管作用導(dǎo)致的吸水現(xiàn)象。2內(nèi)部吸水混凝土內(nèi)部孔隙對(duì)水分的吸收。3總吸水率混凝土吸水量與自身質(zhì)量的比值?？紫堵饰⒂^孔隙水泥漿體中的毛細(xì)孔隙，影響混凝土的滲透性。宏觀孔隙混凝土中的氣泡和裂縫，影響強(qiáng)度和耐久性?？紫堵蕼y(cè)定通過水銀壓汞法或氣體吸附法測(cè)定孔隙率?；炷恋牧W(xué)性能1抗壓強(qiáng)度混凝土最重要的力學(xué)性能，決定其承載能力。2抗拉強(qiáng)度混凝土抵抗拉伸破壞的能力，通常較低。3抗彎強(qiáng)度混凝土抵抗彎曲變形的能力，與抗拉強(qiáng)度相關(guān)。4剪切強(qiáng)度混凝土抵抗剪切力作用的能力，影響結(jié)構(gòu)安全。抗壓強(qiáng)度1立方體試件標(biāo)準(zhǔn)150mm邊長(zhǎng)立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。2圓柱體試件φ150×300mm圓柱體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。3強(qiáng)度換算不同尺寸和形狀試件強(qiáng)度的換算關(guān)系?？估瓘?qiáng)度直接拉伸試驗(yàn)測(cè)定混凝土的軸向抗拉強(qiáng)度，操作難度大。劈裂試驗(yàn)間接測(cè)定混凝土抗拉強(qiáng)度，操作簡(jiǎn)便，廣泛應(yīng)用?？估瓘?qiáng)度與抗壓強(qiáng)度關(guān)系抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/10至1/20。抗彎強(qiáng)度簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)通過加載至破壞測(cè)定混凝土的抗彎強(qiáng)度。計(jì)算方法根據(jù)最大彎矩和截面模量計(jì)算抗彎強(qiáng)度。與抗壓強(qiáng)度比較抗彎強(qiáng)度通常為抗壓強(qiáng)度的15%~20%。剪切強(qiáng)度1直接剪切試驗(yàn)通過專用剪切裝置測(cè)定混凝土的純剪切強(qiáng)度。2間接剪切試驗(yàn)通過梁的斜剪試驗(yàn)間接測(cè)定混凝土的剪切強(qiáng)度。3影響因素混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配合比、骨料特性等因素影響剪切強(qiáng)度。混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述混凝土在荷載作用下的變形特性，反映其力學(xué)性能。彈性模量表征混凝土抵抗變形的能力，是重要的力學(xué)參數(shù)。極限應(yīng)變混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)的應(yīng)變值，反映其變形能力。混凝土的受壓性能1彈性階段低應(yīng)力下，混凝土表現(xiàn)出近似線性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。2塑性階段應(yīng)力增加，混凝土內(nèi)部開始出現(xiàn)微裂縫，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)加快。3破壞階段達(dá)到峰值應(yīng)力后，混凝土快速破壞，應(yīng)變持續(xù)增長(zhǎng)?；炷恋氖芾阅芫€彈性階段低應(yīng)力下，混凝土表現(xiàn)出線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。微裂縫形成應(yīng)力增加，內(nèi)部開始形成微裂縫，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)加快。脆性破壞達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度后，混凝土快速斷裂?；炷恋氖軓澬阅苁軌簠^(qū)行為類似于純壓縮狀態(tài)，但存在應(yīng)力梯度。受拉區(qū)行為先出現(xiàn)微裂縫，然后擴(kuò)展導(dǎo)致破壞。中性軸位置隨著荷載增加，中性軸逐漸向上移動(dòng)?；炷恋目辜粜阅芗羟袘?yīng)力分布剪切應(yīng)力在截面上呈拋物線分布，中部最大。剪切破壞模式斜裂縫形成和擴(kuò)展，導(dǎo)致混凝土剪切破壞。剪壓組合作用實(shí)際結(jié)構(gòu)中，剪切常與壓力或拉力共同作用。影響混凝土力學(xué)性能的因素水泥種類不同水泥類型影響混凝土的強(qiáng)度發(fā)展和耐久性。骨料種類骨料的強(qiáng)度、級(jí)配和形狀影響混凝土的性能。水灰比水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。養(yǎng)護(hù)條件適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土性能的發(fā)展至關(guān)重要。水泥種類1普通硅酸鹽水泥最常用的水泥類型，適用于一般工程。2快硬硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度高，適用于冬季施工和預(yù)制構(gòu)件。3抗硫酸鹽水泥耐硫酸鹽侵蝕，適用于地下工程。4低熱硅酸鹽水泥水化熱低，適用于大體積混凝土工程。骨料種類粗骨料碎石或卵石，影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。細(xì)骨料河砂或機(jī)制砂，影響混凝土的和易性和強(qiáng)度。輕質(zhì)骨料陶粒等，用于生產(chǎn)輕質(zhì)混凝土，具有保溫隔熱性能。水灰比1概念水泥用水量與水泥用量的質(zhì)量比。2影響水灰比越低，混凝土強(qiáng)度越高，但和易性降低。3優(yōu)化平衡強(qiáng)度和和易性需求，選擇合適的水灰比。養(yǎng)護(hù)條件溫度控制適宜的溫度有利于水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行。濕度控制保持足夠的濕度防止混凝土過早干燥。養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)水泥類型和環(huán)境條件確定合適的養(yǎng)護(hù)時(shí)間?；炷翉?qiáng)度的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法使用標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)度測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)從實(shí)際結(jié)構(gòu)中取樣進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。非破壞性檢測(cè)使用回彈法、超聲法等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)使用150mm邊長(zhǎng)立方體試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度測(cè)試。圓柱體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)使用φ150×300mm圓柱體試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試?？拐蹚?qiáng)度試驗(yàn)使用100×100×400mm棱柱體試件進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)試。現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)鉆芯法從結(jié)構(gòu)中鉆取芯樣，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。切割法切割混凝土塊，加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果分析考慮取樣位置、尺寸效應(yīng)等因素進(jìn)行強(qiáng)度換算。非破壞性檢測(cè)回彈法利用回彈儀測(cè)定混凝土表面硬度，間接評(píng)估強(qiáng)度。超聲法測(cè)量超聲波在混凝土中的傳播速度，評(píng)估內(nèi)部質(zhì)量。貫入法測(cè)量鋼針貫入混凝土的深度，評(píng)估表面強(qiáng)度。混凝土的強(qiáng)度等級(jí)1C60及以上高強(qiáng)混凝土，用于特殊工程。2C30-C55常用強(qiáng)度等級(jí)，適用于一般工程。3C15-C25低強(qiáng)度混凝土，用于非承重構(gòu)件。結(jié)論與展望重要性混凝土力學(xué)性質(zhì)是保障結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)。發(fā)展趨勢(shì)高性能混凝土和新型綠色混凝土的研究與應(yīng)用。未來(lái)挑戰(zhàn)提高混凝土的耐久性和可持續(xù)性是未來(lái)研究重點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)總結(jié)1全面了解掌握混凝土的物理和力學(xué)性質(zhì)，理解其行為特征。2注