《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)混凝土是一種重要的建筑材料，其力學(xué)性質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性、使用壽命等方面至關(guān)重要?；炷恋膽?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力混凝土受到外力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的抵抗外力的內(nèi)力，以每單位面積的力表示。應(yīng)變混凝土在外力作用下產(chǎn)生的變形，以變形量與原尺寸的比值表示，反映了混凝土的變形程度。關(guān)系應(yīng)力和應(yīng)變之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系，可以用應(yīng)力-應(yīng)變曲線來表示。曲線反映了混凝土的強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、斷裂韌性等力學(xué)特性?；炷恋氖軌盒阅芑炷潦堑湫偷拇嘈圆牧?，在受壓狀態(tài)下，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)非線性特征?；炷恋目箟簭?qiáng)度是衡量其承載能力的重要指標(biāo)，在工程設(shè)計(jì)中具有重要意義?？箟簭?qiáng)度抗壓極限應(yīng)力受壓破壞脆性破壞影響因素混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配合比、齡期、養(yǎng)護(hù)條件、加載速度等混凝土的受拉性能混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，通常為抗壓強(qiáng)度的1/10左右。這是因?yàn)榛炷敛牧现写嬖谥罅康奈⑿×芽p，這些裂縫在受拉應(yīng)力的作用下會(huì)迅速擴(kuò)展，從而導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷恋目估瓘?qiáng)度取決于材料的組成、配比、養(yǎng)護(hù)條件等因素。為了提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，可以使用高強(qiáng)度水泥、摻加鋼纖維等方法。同時(shí)，可以通過控制混凝土的裂縫寬度和分布來提高其抗拉性能?；炷恋目辜粜阅芑炷恋目辜魪?qiáng)度是指混凝土抵抗剪切應(yīng)力的能力?；炷恋目辜魪?qiáng)度受多種因素影響，包括混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、配比、齡期、加載速度、溫度、濕度等。混凝土的抗剪強(qiáng)度可以通過試驗(yàn)來測(cè)定。常見的試驗(yàn)方法包括直接剪切試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和斜拉試驗(yàn)等?；炷恋目辜魪?qiáng)度是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一，對(duì)確?；炷两Y(jié)構(gòu)的安全性具有重要意義?；炷恋目拐坌阅芸拐蹚?qiáng)度是混凝土抵抗彎曲破壞的能力?？拐蹚?qiáng)度指標(biāo)可以反映混凝土的整體性能和抗裂能力?？拐蹚?qiáng)度測(cè)試通常使用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法。指標(biāo)描述抗折強(qiáng)度混凝土抵抗彎曲破壞的能力抗裂能力混凝土抵抗裂縫形成的能力三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)常用的抗折強(qiáng)度測(cè)試方法混凝土的疲勞性能混凝土的疲勞性能是指在反復(fù)荷載作用下，混凝土抵抗破壞的能力。疲勞破壞是指在低于抗壓強(qiáng)度的荷載作用下，由于反復(fù)荷載而引起的破壞。10循環(huán)次數(shù)疲勞破壞的循環(huán)次數(shù)通常在10^6次以上。3強(qiáng)度等級(jí)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越高，其疲勞性能越好。0.5荷載幅值荷載幅值越大，疲勞性能越差。20溫度溫度過高或過低都會(huì)降低混凝土的疲勞性能?；炷恋娜渥冃阅芑炷寥渥兪侵冈诤愣ê奢d作用下，隨著時(shí)間推移，混凝土應(yīng)變持續(xù)增長的現(xiàn)象。蠕變會(huì)影響結(jié)構(gòu)的長期變形和穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)和建造混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮其影響。影響混凝土性能的因素水泥原材料質(zhì)量水泥是混凝土的主要組成部分之一，水泥的質(zhì)量直接影響混凝土的強(qiáng)度、耐久性和其他性能。骨料質(zhì)量骨料占混凝土體積的60%~75%，其質(zhì)量對(duì)混凝土強(qiáng)度、耐久性、工作性和外觀等方面都產(chǎn)生重要影響。水灰比水灰比是影響混凝土性能的重要因素，它決定了混凝土的強(qiáng)度、工作性和耐久性。攪拌過程混凝土攪拌過程對(duì)混凝土的均勻性、工作性和強(qiáng)度都有影響。混凝土強(qiáng)度等級(jí)及其確定強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)是衡量混凝土抗壓強(qiáng)度的指標(biāo)，以“C”和數(shù)字表示，例如C30表示立方體抗壓強(qiáng)度為30兆帕。強(qiáng)度試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)試塊的破壞荷載計(jì)算出混凝土的抗壓強(qiáng)度。等級(jí)確定根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合工程需要確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)，并將其用于工程設(shè)計(jì)和施工中。正常強(qiáng)度混凝土的性能特點(diǎn)強(qiáng)度等級(jí)正常強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度等級(jí)通常在C20-C50之間。它是常見的建筑材料，廣泛用于住宅、商業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。耐久性正常強(qiáng)度混凝土具有良好的耐久性，能夠抵抗環(huán)境因素如雨水、凍融、碳化等。這使得它在各種氣候條件下都能保持其結(jié)構(gòu)完整性。成本效益由于生產(chǎn)和施工成本相對(duì)較低，正常強(qiáng)度混凝土是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。它提供了一個(gè)平衡的性能與成本的解決方案。施工性正常強(qiáng)度混凝土具有良好的施工性，易于混合、澆筑和振搗。這使它成為各種建筑項(xiàng)目的理想選擇。高性能混凝土的性能特點(diǎn)1高強(qiáng)度高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都比普通混凝土高得多，可達(dá)到80MPa甚至更高。2高耐久性高性能混凝土具有良好的抗凍融性、抗?jié)B性、抗腐蝕性，可以延長建筑物的使用壽命。3高工作性能高性能混凝土具有良好的流動(dòng)性、可泵送性，便于施工，提高施工效率。4高性價(jià)比高性能混凝土的性能優(yōu)越，雖然價(jià)格稍高，但可減少后期維修費(fèi)用，整體上更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。輕質(zhì)混凝土的性能特點(diǎn)密度低輕質(zhì)混凝土密度較低，約為普通混凝土的1/2-2/3。減少建筑物自重，降低基礎(chǔ)成本。保溫性能好輕質(zhì)混凝土導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫隔熱性能優(yōu)良。節(jié)約能源，降低室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷。強(qiáng)度等級(jí)低輕質(zhì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般比普通混凝土低，抗壓強(qiáng)度較低。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮其強(qiáng)度特性，確保結(jié)構(gòu)安全。重質(zhì)混凝土的性能特點(diǎn)高密度重質(zhì)混凝土密度較大，可提供更大的重量和強(qiáng)度，適用于需要承受高負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。高強(qiáng)度重質(zhì)混凝土具有高強(qiáng)度，可以抵抗更大的壓力和沖擊，使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。高耐久性重質(zhì)混凝土耐腐蝕，耐磨損，抗凍融性好，可用于各種惡劣環(huán)境。高成本重質(zhì)混凝土的成本較高，因?yàn)樗枰嗟脑牧虾透鼜?fù)雜的生產(chǎn)工藝。泵送混凝土的性能特點(diǎn)流動(dòng)性泵送混凝土流動(dòng)性好，易于泵送，可有效降低施工難度?？箟簭?qiáng)度泵送混凝土抗壓強(qiáng)度高，能夠滿足各種工程的需求。耐久性泵送混凝土耐久性好，能夠抵抗各種環(huán)境因素的侵蝕。工作性能泵送混凝土工作性能良好，可確保施工質(zhì)量。早強(qiáng)混凝土的性能特點(diǎn)快速凝固早強(qiáng)混凝土在早期具有較高的強(qiáng)度增長速度，可以縮短施工周期，提高工效。早期強(qiáng)度高早強(qiáng)混凝土在早期具有較高的強(qiáng)度，可以承受更大的荷載，有利于早期的結(jié)構(gòu)使用。耐低溫早強(qiáng)混凝土的早期強(qiáng)度高，可以有效抵抗冬季施工的低溫環(huán)境對(duì)混凝土的損傷。施工方便早強(qiáng)混凝土的快速凝固特性，方便施工人員進(jìn)行后續(xù)的施工操作?？?jié)B混凝土的性能特點(diǎn)滲透性低抗?jié)B混凝土具有低滲透性，可有效阻止水滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部?？箖鲂院每?jié)B混凝土的低滲透性使其具有良好的抗凍性，即使在寒冷氣候下也能保持結(jié)構(gòu)完整。耐久性強(qiáng)抗?jié)B混凝土能夠抵抗水和化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，延長結(jié)構(gòu)使用壽命。應(yīng)用廣泛抗?jié)B混凝土廣泛應(yīng)用于地下工程、水利工程和海洋工程等領(lǐng)域?？篃峄炷恋男阅芴攸c(diǎn)耐高溫抗熱混凝土能夠在高溫環(huán)境下保持其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，不會(huì)因溫度變化而發(fā)生過早的損壞。這使其在火災(zāi)防護(hù)、高溫工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。低熱膨脹系數(shù)抗熱混凝土的熱膨脹系數(shù)較低，在溫度變化的情況下，其尺寸變化較小，能夠有效避免因熱脹冷縮而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞。良好的抗熱震性抗熱混凝土能夠承受高溫環(huán)境下快速變化的溫度，不會(huì)因熱震而發(fā)生開裂或剝落，這使其在高溫環(huán)境下具有更高的耐久性。隔熱性能抗熱混凝土具有良好的隔熱性能，能夠有效地阻擋熱量的傳遞，為內(nèi)部環(huán)境提供有效的熱保護(hù)。耐久性混凝土的性能特點(diǎn)抗凍融耐久性混凝土能夠承受反復(fù)凍融循環(huán)，保持其結(jié)構(gòu)完整性?？够瘜W(xué)侵蝕混凝土能夠抵抗酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，延長其使用壽命?？?jié)B透耐久性混凝土具有良好的密實(shí)性和抗?jié)B性能，能夠有效阻止有害物質(zhì)的滲入。防腐蝕混凝土的性能特點(diǎn)抗腐蝕性防腐蝕混凝土具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，可以抵抗各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，例如酸、堿、鹽、有機(jī)溶劑等。防腐蝕混凝土通常采用抗腐蝕性強(qiáng)的水泥品種，并添加相應(yīng)的礦物摻合料和外加劑，以提高其抗腐蝕能力。耐久性防腐蝕混凝土具有良好的耐久性，可以延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，降低維修成本。通過采取合理的防腐措施，可以有效地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，使其能夠經(jīng)受住各種惡劣環(huán)境的考驗(yàn)?？拐鸹炷恋男阅芴攸c(diǎn)高韌性抗震混凝土具有較高的韌性，能夠承受地震產(chǎn)生的沖擊和震動(dòng)，減少結(jié)構(gòu)損傷。高延展性抗震混凝土的延展性較好，能夠在受到地震力的作用下發(fā)生塑性變形，吸收地震能量，降低結(jié)構(gòu)的破壞程度。高抗壓強(qiáng)度抗震混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度，能夠承受地震產(chǎn)生的巨大壓力，保證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。自修復(fù)混凝土的性能特點(diǎn)自我修復(fù)能力自修復(fù)混凝土可以自行修復(fù)微裂縫，延長使用壽命。耐久性可增強(qiáng)抗腐蝕性，耐受惡劣環(huán)境條件，延長結(jié)構(gòu)使用壽命。經(jīng)濟(jì)效益減少維修成本，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，降低長期維護(hù)成本。環(huán)保性能減少水泥使用量，降低碳排放，減少環(huán)境污染。自坻實(shí)混凝土的性能特點(diǎn)無需振搗自坻實(shí)混凝土具有良好的流動(dòng)性和自密實(shí)性，無需振搗即可密實(shí)，施工效率高。高強(qiáng)度和耐久性自坻實(shí)混凝土的強(qiáng)度和耐久性都比較高，可以有效地抵抗外界環(huán)境的影響，延長建筑物的使用壽命。減少施工缺陷自坻實(shí)混凝土可以有效地防止混凝土內(nèi)部出現(xiàn)氣泡、空洞等缺陷，提高混凝土的質(zhì)量和性能。應(yīng)用范圍廣自坻實(shí)混凝土可用于各種類型的建筑工程，包括橋梁、隧道、高層建筑等。超高性能混凝土的性能特點(diǎn)強(qiáng)度等級(jí)高強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)C100及以上，遠(yuǎn)高于普通混凝土。耐久性優(yōu)異抗凍融、抗?jié)B、抗腐蝕性能優(yōu)越，延長結(jié)構(gòu)使用壽命。工作性能良好流動(dòng)性好，可泵送性強(qiáng)，易于施工。成本較高原材料價(jià)格高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本相對(duì)較高。工藝對(duì)混凝土性能的影響攪拌攪拌時(shí)間和速度會(huì)影響水泥漿料的均勻性和混合料的稠度。運(yùn)輸運(yùn)輸時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致水泥漿料的水化反應(yīng)進(jìn)行，影響混凝土性能。澆筑澆筑高度和速度會(huì)影響混凝土的密實(shí)度，影響其強(qiáng)度和耐久性。養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)溫度和濕度會(huì)影響水泥漿料的水化速度和混凝土的強(qiáng)度增長。影響混凝土性能的其他因素養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)措施直接影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。施工工藝合理的攪拌、運(yùn)輸和澆筑工藝對(duì)混凝土性能至關(guān)重要。環(huán)境因素溫度、濕度、化學(xué)物質(zhì)等環(huán)境因素會(huì)影響混凝土的耐久性?，F(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制1原材料質(zhì)量控制嚴(yán)格控制水泥、砂、石、水等原材料質(zhì)量，確保其符合設(shè)計(jì)要求。2配合比控制嚴(yán)格控制水泥、砂、石、水等材料的配比，確?；炷翉?qiáng)度、工作性能符合要求。3攪拌運(yùn)輸控制嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間，確?；炷猎谶\(yùn)輸過程中保持良好的流動(dòng)性和強(qiáng)度。4澆筑振搗控制嚴(yán)格控制澆筑高度、振搗時(shí)間，確?；炷撩軐?shí)度和強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。5養(yǎng)護(hù)控制嚴(yán)格控制養(yǎng)護(hù)溫度、濕度，確?；炷聊軌虺浞钟不?，達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度。6強(qiáng)度檢測(cè)定期進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)，確?；炷翉?qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求?；炷亮W(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法1強(qiáng)度測(cè)試抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等2物理性能測(cè)試密度、孔隙率、吸水率等3耐久性能測(cè)試抗凍融、抗化學(xué)侵蝕等4其他測(cè)試蠕變、收縮、疲勞等混凝土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法主要包括強(qiáng)度測(cè)試、物理性能測(cè)試、耐久性能測(cè)試等，并根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇?；炷列阅軝z測(cè)技術(shù)無損檢測(cè)技術(shù)超聲波檢測(cè)技術(shù)，回彈法檢測(cè)技術(shù)，鋼筋探測(cè)技術(shù)，探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)。這些技術(shù)能夠快速、