第三篇第二章第五節(jié) 普通混凝土的力學性質(zhì)

1、School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院力學性質(zhì) 水泥混凝土質(zhì)量評價質(zhì)量評價的重要指標 抗凍抗凍 也與混凝土也與混凝土 耐磨耐磨 密切相關密切相關 抗蝕抗蝕第五節(jié) 普通混凝土的力學性質(zhì)School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院力學性質(zhì)力學性質(zhì) 變形變形強度強度劈裂抗拉強度劈裂抗拉強度 軸心抗壓強度軸心抗壓強度 立方體抗壓強度立方體抗壓強度抗彎拉強度抗彎拉強度 干縮變形干縮變形 徐變變形徐變變形 彈性變形彈性變形溫度變形溫度變形 混凝土與鋼筋的粘結強度混凝土與鋼筋

2、的粘結強度 School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p強度分布特征特征參數(shù)：平均值 、標準差 、變異系數(shù)cufvC1c1niiuffn211niiffncvuCf反映施工質(zhì)量水平反映施工質(zhì)量水平越大表示離散性越大，質(zhì)量越不穩(wěn)定越大表示離散性越大，質(zhì)量越不穩(wěn)定1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p強度分布特征強度保證率：大于設計強度等級（fcu,k）的概率P (圖中陰影部分的面積)cu,kf正態(tài)分布正態(tài)分布 t與保證率有關P=95%，

3、t=-1.645P=90%，t=-1.281.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p立方體抗壓強度cuf標準試件尺寸：標準試件尺寸：邊長邊長150mm的立方體試件的立方體試件 標準養(yǎng)護條件標準養(yǎng)護條件溫度：溫度：202相對濕度：相對濕度：95養(yǎng)護時間：養(yǎng)護時間：28d齡期齡期1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p立方體抗壓強度cufcuFfA 混凝土抗壓強度，MPa；F抗壓試驗中的極限破壞荷載，N； A試件的

4、承載面積,mm2。cuf以三個試件為一組，取三個試件測值的算術平均值作為該組試件的立方體抗壓強度代表值，精確至0.1MPa。 1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院 強度總體分布的平均值，MPa； 強度總體分布的標準差，MPa； 與保證率95%對應的保證率系數(shù)值；,cu kf,1.645cu kfff1.645p立方體抗壓強度標準值 表示表示28d齡期，用標準方法測定的抗壓強度總齡期，用標準方法測定的抗壓強度總體分布中的一個值體分布中的一個值強度低于該值的概率強度低于該值的概率 =20.0MPa； “

5、C”代表代表混凝土混凝土 1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院 混凝土軸心抗壓強度，MPa； F 抗壓試驗中的極限破壞荷載，N； A 試件的承載面積,mm2。p軸心抗壓強度cpfcpFfAcpf計算軸心受壓構件，均以軸心抗壓強度為指標（多用于高/寬2的構件）。采用150mm150mm300mm的棱柱體?cpcuff0.70.81.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p抗彎拉強度（抗折強度）cff在道路和機場工

6、程中，將抗彎拉強度作為重要指標。 采用150mm150mm550mm的梁形試件，標養(yǎng)28d，3分點加載Ffhb2cfFLfbhL1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p劈裂抗拉強度 tsf直接抗拉試驗試件在夾具附近易產(chǎn)生局部破壞，且易受到彎折作用，結果波動較大；軸心抗拉設備困難，不易實現(xiàn)采用劈裂抗拉試驗法劈裂抗拉試驗法間接求出混凝土的抗拉強度。邊長150mm的立方體試件 標養(yǎng)28d 通過墊條加載受拉 受壓1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University

7、 長安大學公路學院長安大學公路學院p劈裂抗拉強度 tsf20.637tsFFfAAtsf 混凝土劈裂抗拉強度，MPa； F 劈裂抗拉試驗中的極限破壞荷載，N； A 試件劈裂面面積,mm2?；炷恋幕炷恋膄ts較低，較低，fts/fcu隨隨fcu的增高而有所減小。的增高而有所減小。 111020tscuff根據(jù)彈性力學理論1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院與軸心抗壓強度的關系與軸心抗壓強度的關系與抗彎拉強度與抗彎拉強度 的關系的關系 混凝土劈裂抗拉強度，MPa； 混凝土抗彎拉強度，MPa； A、m

8、 試驗統(tǒng)計參數(shù)。mftsfAftsfffp劈裂抗拉強度 tsfcff0.9tscpff1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p混凝土與鋼筋的粘結強度（握裹強度）p 組成：混凝土與鋼筋之間的摩擦力、鋼筋與水泥石之間的粘結力及變形鋼筋的表面機械嚙合力p 影響因素 混凝土質(zhì)量 隨混凝土抗壓強度的增加而增加 鋼筋的性質(zhì) 鋼筋的尺寸及變形鋼筋種類 鋼筋在混凝土中的位置（如水平鋼筋或垂直鋼筋） 加載類型（如是受拉鋼筋還是受壓鋼筋） 干濕變化、溫度變化n 試驗方法：拔出試驗 鋼筋屈服、混凝土劈開或加載端鋼筋滑移值過

9、大。1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院n混凝土開裂過程（1）預裂階段 由于化學收縮、毛細管收縮及干燥收縮，在水泥石基材中預先就存在著許多微孔和原始裂縫。 由于泌水作用、干燥收縮、骨料與基材剛度的不一致，在骨料與基材的界面上也會出現(xiàn)許多尺度更大一些的孔洞和裂縫。 構件成型時未排盡的氣泡也會成為裂縫擴展的引發(fā)元。 在大型混凝土構件中的溫度上升導致的裂縫。1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院n混凝土開裂過程（

10、2）慢裂階段（又稱穩(wěn)定開裂階段） 引發(fā)：材料開始加載以后，由于界面區(qū)比較薄弱，裂縫從該處引發(fā)。（由于應力集中引起） 擴展：隨著荷載的增大，這些裂縫在界面上延伸，并有一部分裂縫伸入基材。但由于荷載所提供的能量不夠大，材料中的裂縫阻擋單元足以阻滯或延緩裂縫的擴展，因而裂縫生長緩慢。 外觀上主要是彈性變形和塑性變形。1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院n混凝土開裂過程（2）快裂階段（又稱不穩(wěn)定開裂階段） 條件：荷載繼續(xù)增大，或者雖然荷載大小不變但反復作用導致強度降低。若裂縫前沿的集中應力超過了一定數(shù)值，則

11、應力強度因子達到其臨界值；或材料釋放的能量達到了增加單位表面積所需要的表面能數(shù)量，即應變能釋放率達到臨界值。 表現(xiàn)：裂縫失去穩(wěn)定，快速地擴展，互相貫通，導致整體的破壞。1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p影響強度的主要因素混凝土受力破壞模式圖混凝土受力破壞模式圖I 集料與水泥的粘集料與水泥的粘結界面破壞結界面破壞II集料本身的破壞集料本身的破壞III水泥石的破壞水泥石的破壞1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公

12、路學院p影響強度的主要因素混凝土的強度取決于混凝土的強度取決于界面粘結強度界面粘結強度水泥石強度水泥石強度集料強度集料強度水泥強度水泥強度 內(nèi)因內(nèi)因強度影響因素水灰比水灰比 集料特性集料特性水泥漿用量水泥漿用量 養(yǎng)護條件養(yǎng)護條件齡齡 期期外因外因施工質(zhì)量施工質(zhì)量養(yǎng)護溫度養(yǎng)護溫度 養(yǎng)護濕度養(yǎng)護濕度 組成材料組成材料1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院水泥強度和水灰比水泥強度和水灰比p影響強度的主要因素1.組成材料,WRF RC砼水泥石WC一定，一定，R水泥石R砼水泥品種一定，水泥品種一定，cufF W

13、 C水灰比水灰比定則定則,28,28(/)/acecubcecfdcefffC WffC W抗壓強度抗彎拉強度cef可見，可見，ceff，cufcuff 反之，反之，CW，cufcuff 反之，反之，1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院（1930，瑞典人），瑞典人）cufCW1.25 2.5ceABfcuceCfAfBW當當W/C下降，工作性降低至某種方式不能搗實下降，工作性降低至某種方式不能搗實時，時，fcu開始下降開始下降水泥水化的理論水灰比為水泥水化的理論水灰比為0.23，但此時，但此時 難以

14、成型，導致強度降低難以成型，導致強度降低 在一定范圍內(nèi)，在一定范圍內(nèi)， 與與 成成 線性關系線性關系CWcuf 在一定范圍內(nèi)，在一定范圍內(nèi)， 與與 成成雙曲關系雙曲關系cufWCWCWC，cufp影響強度的主要因素1.組成材料1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院 用量不足，砂漿粘聚性差，易出現(xiàn)離析，硬化后混凝土強度低，耐久性差，耐磨性差。 用量過多，成本提高，硬化后收縮大，易引起干縮裂縫。水泥漿用量水泥漿用量p影響強度的主要因素1.組成材料1.混凝土強度及影響因素School of Highway,

15、 Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院集料特性集料特性集料強度：集料強度： 集料強度不足，引起集料本身破壞集料強度不足，引起集料本身破壞粗集料顆粒形狀、表面特征、潔凈程度：粗集料顆粒形狀、表面特征、潔凈程度： 影響界面粘結強度，引起界面破壞影響界面粘結強度，引起界面破壞針片狀含量：針片狀含量：含量高，增加混凝土空隙，強度降低含量高，增加混凝土空隙，強度降低最大粒徑：最大粒徑： 影響抗彎拉和抗壓強度，對前者影響更大影響抗彎拉和抗壓強度，對前者影響更大級配：級配： 級配良好，混凝土密實，工作性好，不易離析級配良好，混凝土密實，工作性好，不易離析砂的級配與粗細程度：

16、砂的級配與粗細程度： 較多粗砂、適量中砂、少量細砂的組成，空較多粗砂、適量中砂、少量細砂的組成，空 隙和比表面較小，級配理想，因此砂漿少，隙和比表面較小，級配理想，因此砂漿少， 強度大，工作性好強度大，工作性好p影響強度的主要因素1.組成材料1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院 適宜的養(yǎng)護環(huán)境才能保證水泥水化的正常進行。 因此，水化速度與程度、水化產(chǎn)物結構特征都取決于養(yǎng)護的溫度和濕度條件。p影響強度的主要因素2.養(yǎng)護條件1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan U

17、niversity 長安大學公路學院長安大學公路學院 T ，初期水化速度 ，混凝土早期強度 。 相對較低的溫度下，水泥的水化反應速度 ，水化物分布均勻，后期強度 。 T過低，或降至冰點以下，水化停止，強度降低 養(yǎng)護溫度養(yǎng)護溫度最佳水化溫度：硅酸鹽水泥最佳水化溫度：硅酸鹽水泥13oC 快硬硅酸鹽水泥快硬硅酸鹽水泥13oCp影響強度的主要因素2.養(yǎng)護條件1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院 濕度不足，水化反應不能順利進行或停止，將嚴重降低混凝土的強度 水泥石結構松散，形成干縮裂縫，影響耐久性。 養(yǎng)護濕度

18、養(yǎng)護濕度空氣中養(yǎng)生，所有齡期的混凝土強度降低空氣中養(yǎng)生，所有齡期的混凝土強度降低夏季溫度高，水分蒸發(fā)快，更應注意養(yǎng)護夏季溫度高，水分蒸發(fā)快，更應注意養(yǎng)護1-空氣養(yǎng)護2-九個月后水中養(yǎng)護3-三個月后水中養(yǎng)護4-標準濕度條件下養(yǎng)護p影響強度的主要因素2.養(yǎng)護條件1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院 標養(yǎng)下，t ，水化愈充分，水化產(chǎn)物愈多，強度 ， 37d內(nèi)發(fā)展較快，28d達到設計強度后，逐漸緩慢。 齡期與強度的相關性良好 齡期齡期 常數(shù)坐標對數(shù)坐標p影響強度的主要因素2.養(yǎng)護條件1.混凝土強度及影響因素

19、School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院 在混凝土施工過程中，可根據(jù)混凝土的這種特性，由早期強度推算后期強度,lglgcu ncu anffa齡期齡期cuflg xlgalgn,cu af,cu nf n天齡期的混凝土抗壓強度，MPa a天齡期的混凝土抗壓強度，MPa,cu af,cu nfp影響強度的主要因素2.養(yǎng)護條件1.混凝土強度及影響因素由于強度影響因素復雜，并未能得到準確的推算方法，目前多根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗數(shù)據(jù)推斷。School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院

20、 力學強度還受試驗條件的影響：試件形狀與尺寸、試件濕度、試件溫度、支承條件和加載方式等。p影響強度的主要因素3.試驗條件和施工方法立方體立方體棱柱體棱柱體圓柱體圓柱體壓板對試件的約束作用 破壞后殘存的棱柱體 不受壓板約束時試件的破壞情況1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院三輥軸攤鋪三輥軸攤鋪排式振搗棒振搗排式振搗棒振搗美國產(chǎn)滑模攤鋪機美國產(chǎn)滑模攤鋪機械械德國產(chǎn)滑模攤鋪機械德國產(chǎn)滑模攤鋪機械混凝土結構物的施工質(zhì)量同樣會對混凝土的強度產(chǎn)生影響，包括：配料的準確性、攪拌的均勻性、振搗效果等。p影響強度的主

21、要因素3.試驗條件和施工方法1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p提高強度的措施 采用高強度水泥和特種水泥 采用低水灰比和漿集比 摻加外加劑 采用濕熱處理方法 采用機械攪拌和振搗1.混凝土強度及影響因素School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院2.混凝土變形School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院 彈性變形彈性變形: :荷載施加于材料時立即出現(xiàn)、荷載卸除后立即荷載施加

22、于材料時立即出現(xiàn)、荷載卸除后立即消失的變形。消失的變形。 但泥混凝土應力但泥混凝土應力應變關系是應變關系是非線性的非線性的，當卸荷后其變形，當卸荷后其變形并不能恢復到原點。并不能恢復到原點。 p混凝土的變形彈性變形和彈性模量荷載/應力變形/應變彈性模量彈性模量E2.混凝土變形School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p混凝土的變形彈性變形和彈性模量混凝土的彈性模量為變量：混凝土的彈性模量為變量：初始切線模量初始切線模量切線模量切線模量 割線模量割線模量 （工程常用）（工程常用）1tan3tan2tan1211應力應力應變應變3抗

23、壓模量抗壓模量0.4cpfcccE抗折模量抗折模量3231296cfFlEJ2.混凝土變形School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p混凝土的變形彈性變形和彈性模量測試方法測試方法 0accFFlEAsFa 終荷載，終荷載， fcp對應的荷載；對應的荷載；F0 初荷載，初荷載，0.5MPa對應的荷載；對應的荷載； 第第5次加載，試件兩側彈性變形均值次加載，試件兩側彈性變形均值l 測點標距測點標距s1、測定軸心抗壓強度、測定軸心抗壓強度fcp2、預壓（、預壓（ F0 Fa F0 ，至少兩次），至少兩次）3、測試，記錄變形值、測試，

24、記錄變形值2.混凝土變形School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院p混凝土的變形彈性變形和彈性模量測試方法測試方法1/2F0.51、測定、測定 抗彎拉強度抗彎拉強度fcf2、5 次加載卸載循環(huán)（次加載卸載循環(huán)（1kNF0 F0.5 1kN ）3、記錄最后一次的千分表讀數(shù)、記錄最后一次的千分表讀數(shù)30.500.50231296cfFF lEJF0.5 終荷載，終荷載， 0.5fcf對應的荷載；對應的荷載；F0 初荷載，初荷載，3kN； 不同荷載下的千分表讀數(shù)不同荷載下的千分表讀數(shù)l 支座間距支座間距J 試件斷面轉動慣量試件斷面轉動

25、慣量2.混凝土變形School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院彈性模量影響因素p混凝土的變形彈性變形和彈性模量混凝土強度混凝土強度 ，彈性模量，彈性模量集料彈性模量集料彈性模量 ，集料與水泥的比例，集料與水泥的比例 ，彈性模量，彈性模量早期養(yǎng)護溫度較低，混凝土彈性模量早期養(yǎng)護溫度較低，混凝土彈性模量潮濕狀態(tài)養(yǎng)護的混凝土彈性模量潮濕狀態(tài)養(yǎng)護的混凝土彈性模量齡期齡期 ，彈性模量，彈性模量2.混凝土變形School of Highway, Changan University 長安大學公路學院長安大學公路學院徐變變形：持續(xù)荷載下，混凝土的變形隨時間而增長對瀝青混合料，稱蠕變徐變變形在早期增長很快，然后逐漸減慢，一般要23年才可能基本趨于穩(wěn)定。p混凝土的變形徐變變形2.混凝土變形School of Highway, Changan University 長安大