混凝土材料的力學性能_建筑材料

1、3.3 混凝土混凝土的強度與破壞的強度與破壞Strength and Failure of Concrete問問 題：題： 強度高的混凝土有哪些優(yōu)點？有哪些用強度高的混凝土有哪些優(yōu)點？有哪些用途？途？ 什么樣的結構（什么時候）要求混凝土什么樣的結構（什么時候）要求混凝土強度迅速增長？強度發(fā)展過快可能會產(chǎn)強度迅速增長？強度發(fā)展過快可能會產(chǎn)生什么弊病生什么弊病齡期齡期強度強度t強度發(fā)展快強度發(fā)展快強度發(fā)展慢強度發(fā)展慢1） 作為一種結構工程材料，承作為一種結構工程材料，承載力備受關注，因此混凝土的強載力備受關注，因此混凝土的強度通?？偸鞘紫纫u價的性質。度通?？偸鞘紫纫u價的性質。2）易于評價。）易

2、于評價。3）與其它性能有密切關系。與其它性能有密切關系。在混凝土的所有性能中，為什么總是首在混凝土的所有性能中，為什么總是首先關心其強度？先關心其強度？3.3.1 強度強度孔隙率關系孔隙率關系 毛毛細細孔孔隙隙率率（%） 抗抗壓壓強強度度（Mpa） 對于勻質材料：對于勻質材料：f = f0 e -kp f03.3.2 混凝土的破壞模式混凝土的破壞模式 Failure modes in concrete Griffith理論可大致描述混凝土這種準脆性材料的破理論可大致描述混凝土這種準脆性材料的破壞過程。壞過程。 混凝土內部存在形狀、尺寸不同的孔隙、微裂紋；漿混凝土內部存在形狀、尺寸不同的孔隙、微

3、裂紋；漿體與骨料間存在薄弱的過渡區(qū)?；炷恋钠茐倪^程是體與骨料間存在薄弱的過渡區(qū)?；炷恋钠茐倪^程是很復雜的。很復雜的。 隨著荷載的增長，混凝土體中裂縫逐步地擴展，最后隨著荷載的增長，混凝土體中裂縫逐步地擴展，最后相互連通起來導致破壞。相互連通起來導致破壞。第一階段：荷載小于混凝土第一階段：荷載小于混凝土極限荷載的極限荷載的3030，應力，應力- -應應變成線性（稱變成線性（稱“比例極比例極限限”）；）；第二階段：過渡區(qū)的裂縫開第二階段：過渡區(qū)的裂縫開始擴展，變形增大的速率與始擴展，變形增大的速率與應力的增長（應力的增長（50%50%以內）不以內）不再成直線關系；再成直線關系；第三階段：荷載達

4、到第三階段：荷載達到50%50%7575時，裂縫由過渡區(qū)向硬時，裂縫由過渡區(qū)向硬化水泥漿體延伸，應力化水泥漿體延伸，應力- -應應變曲線趨向水平變曲線趨向水平 ；第四階段：裂縫擴展釋放的第四階段：裂縫擴展釋放的能量超過需要的能量，在臨能量超過需要的能量，在臨界應力持續(xù)作用下，裂縫自界應力持續(xù)作用下，裂縫自發(fā)擴展，速率加快，逐漸連發(fā)擴展，速率加快，逐漸連通，使系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定而破通，使系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定而破壞。壞。軸向應變（軸向應變（mm)應力應力MPa普通混凝土普通混凝土高強混凝土高強混凝土0.006120高強混凝土上升區(qū)的線高強混凝土上升區(qū)的線性段增加，下降區(qū)更加性段增加，下降區(qū)更加陡峭。陡峭。裂

5、縫擴展的裂縫擴展的路徑和方向路徑和方向骨料骨料水泥石水泥石骨料骨料周圍周圍的過的過渡區(qū)渡區(qū)普通混凝土，斷裂沿骨料表面發(fā)生，過渡區(qū)是最薄弱區(qū)域。高強混凝土，過渡區(qū)得到加強，斷裂有可能穿過骨料發(fā)生。普通混凝土普通混凝土高強混凝土高強混凝土3.3.3 抗壓強度及其影響因素抗壓強度及其影響因素 compressive strength and factors affecting it 材料的特性與配比材料的特性與配比Characteristics and Proportions of Materials 1）水灰比水灰比（Water/Cement ratio ） fc K1 / K2w/cK1、k2

6、是常數(shù)，取決混凝土的齡期、組成材料是常數(shù)，取決混凝土的齡期、組成材料及測定方法等因素及測定方法等因素。AbramsAbrams定則定則 齡期與水灰比對混凝土強度的影響齡期與水灰比對混凝土強度的影響W/C在一定范圍內Abrams定則成立 水泥品種水泥品種 混凝土的抗壓強度混凝土的抗壓強度2 2）水泥品種和等級）水泥品種和等級( Cement type and grade) 1 day 7day 28day 90day ASTM ( % of type cement concrete) 普通普通 100 100 100 100 中等水化熱中等水化熱 75 85 90 100 早強早強 190 12

7、0 110 100 低水化熱低水化熱 55 65 75 100 抗硫酸鹽抗硫酸鹽 65 75 85 100水泥強度對混凝土強度有影響，但不是決定性的。 fcu.k = Afce ( C/W B ) fcu.k混凝土配制強度混凝土配制強度 fce 水泥標號水泥標號 C/W灰水比灰水比 A，B經(jīng)驗常數(shù)經(jīng)驗常數(shù)水泥的強度等級與混凝土強度的關系：水泥的強度等級與混凝土強度的關系：對碎石混凝土：A0.46，B0.07對卵石混凝土： A0.48，B0.333）骨料 1）顆粒強度）顆粒強度 ；骨料強度骨料強度 1.5倍混凝土強度，倍混凝土強度，對普通混凝土的強度影響不對普通混凝土的強度影響不大。大。2）最大

8、粒徑；）最大粒徑；3）粒形、）粒形、級配級配（顆粒分布）；（顆粒分布）；4）骨料表面構造（粗糙度）骨料表面構造（粗糙度 ）。）。骨料最大粒徑骨料最大粒徑 ( Dmax )混凝土類型混凝土類型 Dmax（mm )大壩混凝土大壩混凝土 150普通混凝土普通混凝土 40高強混凝土高強混凝土 25（碎石）（碎石） 15（卵石）（卵石）活性粉末混凝土活性粉末混凝土 0.64）拌和水5）化學外加劑：減水劑 速凝劑 引氣劑6）礦物摻和料（輔助膠凝材料）由于混凝土技術的發(fā)展，由于混凝土技術的發(fā)展，在在20多年里：多年里：水灰比（水膠比）從水灰比（水膠比）從 0.5 降降低到低到0.150.30；素混凝土素混凝

9、土28天抗壓強度從天抗壓強度從30MPa 提高到提高到 100MPa！ 2. 澆注澆注 ( Placing)新拌混凝土新拌混凝土的工作度的工作度搗實程度搗實程度硬化混凝土硬化混凝土的孔隙率的孔隙率強度強度 養(yǎng)護養(yǎng)護 在混凝土硬化過程中，人為地改變混凝土體周在混凝土硬化過程中，人為地改變混凝土體周圍環(huán)境的溫度與濕度條件，使其微結構和性能圍環(huán)境的溫度與濕度條件，使其微結構和性能達到所需要的結果，稱為對混凝土的養(yǎng)護。達到所需要的結果，稱為對混凝土的養(yǎng)護。 膠凝材料的水化膠凝材料的水化反應是緩慢的化反應是緩慢的化學反應，需要較學反應，需要較長時間。長時間。養(yǎng)護時間：養(yǎng)護時間：毛細管阻斷所需時間與水灰比

10、的關系毛細管阻斷所需時間與水灰比的關系 W/C 毛細管阻斷所需時間毛細管阻斷所需時間 0.40 3 d 0.45 7 d 0.50 14 d 0.60 6 months 0.70 1 year over 0.70 impossible養(yǎng)護濕度：養(yǎng)護濕度：膠凝材料的水化膠凝材料的水化反應需要水分的反應需要水分的參與，如果沒有參與，如果沒有充分的水分供應，充分的水分供應，水化反應將很快水化反應將很快停止。特別是在停止。特別是在水化初期，濕養(yǎng)水化初期，濕養(yǎng)護非常重要。護非常重要。養(yǎng)護溫度：養(yǎng)護溫度：膠凝材料的水膠凝材料的水化反應速度隨化反應速度隨溫度升高而加溫度升高而加大。大。反應速度過快，反應速度

11、過快，形成的漿體結形成的漿體結構較為疏松，構較為疏松，后期強度可能后期強度可能下降。下降。養(yǎng)護溫度對強度的影響硅酸鹽水泥 W/C=0.4養(yǎng)護養(yǎng)護方式方式Why? 與實驗室內標準狀態(tài)下養(yǎng)護的試件相與實驗室內標準狀態(tài)下養(yǎng)護的試件相比，實際結構內的混凝土常表現(xiàn)出較比，實際結構內的混凝土常表現(xiàn)出較高的早期強度和較低的后期強度。高的早期強度和較低的后期強度。4. 試驗參數(shù)試驗參數(shù) 1）試件形狀；）試件形狀；2）試件尺寸；）試件尺寸；3）表面處理；）表面處理；4）加載時間；）加載時間；5）試驗機的剛度等。）試驗機的剛度等。 影響強度試驗值，而不是實際影響強度試驗值，而不是實際混凝土強度混凝土強度！3.3.

12、4 混凝土在不同應力狀態(tài)下的力學行為混凝土在不同應力狀態(tài)下的力學行為 單軸受壓作用下混凝土的行為單軸受壓作用下混凝土的行為 (1) (1) 混凝土單軸受壓混凝土單軸受壓 (2) (2) 抗壓強度等級抗壓強度等級 2 2單軸拉伸作用下混凝土的行為單軸拉伸作用下混凝土的行為思考題思考題 1.1.運用前面所學的知識解釋混凝土抗壓強度高運用前面所學的知識解釋混凝土抗壓強度高而抗拉強度低，而鋼材抗拉性能很好的原因。而抗拉強度低，而鋼材抗拉性能很好的原因。 2.2.是否水灰比（是否水灰比（W/CW/C）越小，配制混凝土強度就）越小，配制混凝土強度就越高？為什么？越高？為什么？ 3.3.試根據(jù)基本知識解釋當澆注溫度和養(yǎng)護溫度試根據(jù)基本知識解釋當澆注溫度和養(yǎng)護溫度高時，混凝土早期強度高，而后期強度就相對低高時，