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第 2 章混凝土结构材料的物理力学性能本章提要钢筋与混凝土的物理力学性能以及共同工作的特性直接影响混凝土结构和构件的性能，也是混凝土结构计算理论和设计方法的基础。
本章讲述钢筋与混凝土的主要物理力学性能以及混凝土与钢筋的粘结。
2.1 混凝土的物理力学性能2.1.1 混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相复合材料。
通常把混凝土的结构分为三种基本类型：微观结构即水泥石结构；亚微观结构即混凝土中的水泥砂浆结构；宏观结构即砂浆和粗骨料两组分体系。
微观结构（水泥石结构）由水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的化学矿物成分、粉磨细度、水灰比和凝结硬化条件等。
混凝土的宏观结构与亚微观结构有许多共同点，可以把水泥砂浆看作基相，粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的界面是结合的薄弱面。
骨料的分布以及骨料与基相之间在界面的结合强度也是重要的影响因素。
浇注混凝土时的泌水作用会引起沉缩，硬化过程中由于水泥浆水化造成的化学收缩和干缩受到骨料的限制，会在不同层次的界面引起结合破坏，形成随机分布的界面裂缝。
混凝土中的砂、石、水泥胶体组成了弹性骨架，主要承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点。
而水泥胶体中的凝胶、孔隙和界面初始微裂缝等，在外力作用下使混凝土产生塑性变形。
另一方面，混凝土中的孔隙、界面微裂缝等缺陷又往往是混凝土受力破坏的起源。
由于水泥胶体的硬化过程需要多年才能完成，所以混凝土的强度和变形也随时间逐渐增长。
2.1.2 单轴向应力状态下的混凝土强度混凝土的强度与水泥强度等级、水灰比有很大关系；骨料的性质、混凝土的级配、混凝土成型方法、硬化时的环境条件及混凝土的龄期等也不同程度地影响混凝土的强度；试件的大小和形状、试验方法和加载速率也影响混凝土强度的试验结果。
因此各国对各种单向受力下的混凝土强度都规定了统一的标准试验方法。
1.混凝土的抗压强度(1) 混凝土的立方体抗压强度和强度等级立方体试件的强度比较稳定，所以我国把立方体强度值作为混凝土强度的基本指标，并把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。
2.3 抗力R
结构对外界作用的抵抗能力用字母R 来代表。
显然，抗力R 和材料自身对各种内力的抵抗能力、构件的几何尺寸有关。
根据规范，R 可展开表达为：
R = R f c ，f s ，a k ，… γ Rd
（2-7）
γRd ——结构构件的抗力模型不定性系数：
➢ 一般设计时取1.0；
➢ 对不确定性较大的结构构件可根据具体情况取大于1的数值； ➢ 抗震设计时应用承载力抗震调整系数γRE 代替γRd ；
a k ——几何参数的标准值，当几何参数的变异性对结构性能有明显的不利影响时，可增加或减去一个附加值；
山东建筑大学土木学院 王艺霖
构件所受的内力形式不同时，R显然也不同。
根据前面所述，有3种基本的内力形式（轴力、剪力、力矩）。
但这些内力还可能组合之后作用在构件上，比如压弯、拉弯、压（拉）弯剪、压（拉）弯剪扭等。
在每种情况下，都有对应的R。
各种内力效应下相应R的计算方法将结合
构件的形式在第6－7章介绍。
下面首先介绍一下材料自身的物理力学性能：
2.3.1 混凝土的物理力学性能
一、混凝土的组成
混凝土一词源自于拉丁文术语“Concretus”
——“共同生长”
水泥、石子、砂子、水、外加剂按一定比例拌合，经凝固硬化后做成的人工石材。
——属于多相复合材料。
各组成材料的作用：
粗细骨料起骨架作用；
水泥和水组成水泥浆，
起如下作用：
➢包裹骨料表面并填充在骨
料空隙中；
➢在混凝土拌和物中，水泥
浆起润滑作用，赋予混凝土
拌和物流动性，便于施工；
➢混凝土硬化后起胶结作用，
将骨料胶结成整体。
水泥浆
砂子石子
➢性能离散性大
二、单向受力状态的混凝土强度
实际混凝土结构和构件一般处于复合受力状态：压、拉、剪、扭各种受力。
但最基础、最重要的参数是：
单轴向受压状态下的强度
山东建筑大学土木学院王艺霖。
