四混凝土的力学性能

干燥收缩的危害
? 路面板、桥面板、机场道面、停车场 等暴露面积大且厚度较小的结构物干 缩最为显著；
? 当混凝土的干燥收缩受到约束时，将 导致裂缝，影响混凝土的强度和耐久 性。
混凝土干缩的影响因素
? 混凝土组成与配合比
? 混凝土的干缩小于水泥石，因此，骨料体积含量越大， 干缩越小：?c＝?p (1-Vg)n (n＝1.2~1.7)
? 水灰比 水灰比越小，泥石弹性模量越高;
? 水泥水化度(龄期) 弹的弹性模量随水化龄期不断增长;
? 空气含量 含气量越性大，弹性模量越低；
龄期(天)
? 矿物掺合料
模 量
? 含水状态 吸水饱和(时GP的a)弹性模量大于干燥时的；
水灰比
水灰比和水化龄期对水泥石弹性模量的影响
影响混凝土弹性模量的因素
? 骨料相的弹性模量
? 水泥石的弹性模量Ep； ? 骨料的弹性模量Ea； ? 骨料的体积含量(或水泥石的体积含量)Vg。 ? 界面过渡区特性
影响混凝土弹性模量的因素
? 水泥石基体相的弹性模量
? 水泥石基体相的弹性模量受其孔隙率控制：
Ep=E0(1－Pc)3，即孔隙率越大，弹性模量越低；
? 水泥石的孔隙率的影水响因素：
即再次吸水不能恢复。 ? 试验证明：相对湿度为70%的空气中的收缩值为水中膨胀
值的6倍，相对湿度为50%，为8倍。
? 混凝土的湿胀干缩变形重要的是干缩变形，因在约 束下的收缩将导致混凝土开裂。
混凝土的干缩机理
? 干缩来自材料内部水的损失，收缩值随着水的损失 变化的斜率不一致。
? 环境湿度不同，有以下几种不同的干缩机理： ?毛细张力 毛细孔和较大的凝胶孔中的自由水因 大气水蒸气压降低而蒸发时，表面张力增加，产 生拉伸应力，使得孔壁受压而收缩； ?分离压 水泥石中的凝胶孔中的吸附水使得孔壁 间存在分离压力 (湿胀的原因 ),因干燥而吸附水损 失时，将降低孔壁的分离压，引起整体收缩； ?层间可挥发水的迁移
三问硬：化混凝土的变形来自两方面：环境因素(温、湿
度变化)和外加荷载因素，因此有：
? 荷?载各作种用变下的形变的形特征是什么 (What)？
???弹非这性弹些变性形变变形形是如何产生的 (How)？
? 非?荷影载响作这用下些的变变形形的因素有那些 (Which)？
? 收缩变形
? 膨胀变形
引深思考：如何减小或消除这些
? ?
混非为线线 弹凝 线 了 处弹性土性工理我的的程，性模国应，设有模 量现力所计三量 。行－以，种定标应，故处义变混常理准为行凝对方指混为土应式定不 的 力 ：凝以完弹~土应应全性的变难很力遵模弹曲以低循量?准，线性虎不=确实的模1克是测用/初3量量意定一始f，义c律个pE阶应小时，恒h力。—段的定水?作—－值加平近?静。荷曲似力割线直是
混凝土
? 骨料的孔隙率 骨料越密实，弹性模量水越泥高石基；体
弹 ? 粗骨料的体积含量 弹性模量高的粗骨骨料料越多，一般来说， 性 混凝土的弹性模量越高；
模? 界面过渡区特征 量 ? 空隙, 微裂缝和CH晶体的取向等因素决定混凝土应力－
(GPa)应变关系，因而影响到混凝土的弹性模量。
玄武岩 辉绿岩 辉长岩 白粒岩 石灰石 石英岩 蛇纹石 冻石
? 水泥用量 水灰比一定时，水泥用量越多，干缩越大；
四、混凝土的物理力学性质
Physical and Mechanical Properties of Hardened Concrete
主要内容
? 尺寸稳定性 包括弹塑性、徐变、体积变形等。
? 强度 包括抗压、抗拉和握裹强度等。
(一) 混凝土的尺寸稳定性
Dimensional Stability of Concrete
该公式适用于抗压强度在21～83 MPa的混凝土
2、混凝土在非荷载作用下的变形
? 干燥收缩 ? 自收缩 ? 温度变形
(1) 湿胀干缩变形
? 定义：湿度变化所引起的混凝土体积变形 ——湿胀 干缩，主要原因是水泥石中的凝胶水和毛细孔水的 变化引起的。
? 水泥石和混凝土的收缩行为
? 水泥石在水中连续浸泡，产生相当小的连续膨胀； ? 第1次干燥时，收缩最大，其收缩值有部分是不可逆的，
混凝土试件、水泥浆体和骨料的弹性模量
(4) 混凝土弹性模量与抗压强度的关系
? 混凝土的弹性模量与强度间没有简单关系，所以混 凝土弹性模量应由试验测定；
? 一般来说，混凝土抗压强度越高，弹性模量越大： 二者之间存在经验公式：
Ec ＝3.32( f' cyl)0.5 + 6.9
(ACI 2000b)
式中： Ec ——混凝土弹性模量； f' cyl —— 标准棱柱体试件28天抗压强度
? 复合作用下的变形 变形的负面影响
? 徐变
1、荷载作用下的变形
? 单轴受压时的应力－应变行为 ? 混凝土的弹性模量 ? 混凝土弹性模量与组成关系 ? 混凝土弹性模量的主要影响因素； ? 弹性模量与抗压强度的关系；
(1) 单轴受压时的应力－应变行为
? 在压应力作用下，骨料是弹性体，水泥石也是弹 性体，但由骨料与水泥石组成的混凝土是一种弹 塑性体。
? 原点切线弹性模量 Eo = tan ? 1；
? 割线弹性模量 Eh = tan ? 2；
?
? 切线弹性模量 Et = tan ? 3。
原点切线
来自百度文库?3
切线
只适用于切点处荷载变化 很小的范围内，工程意义 也不大
割线
?1 ?2
?
(3)影响混凝土弹性模量的因素
? 单相匀质材料的弹性模量和密度有直接关系； ? 混凝土是多物相复合材料，因此，其弹性模量取决
? 特点：混凝土在压应力作用下，既产生弹性变形， 也产生塑性变形。 ?在较低应力 (＜极限应力 fcp的30%)下，以弹性 变形为主； ?在较高应力 (＞ fcp的30%)下，产生弹塑性变形， 应力水平越高，塑性变形量越大； ?混凝土强度越低，塑性变形越大。
(2) 混凝土的弹性模量
? 弹性模量E：静力弹性模量与动荷载弹性模量
于下列因素： ?各物相的体积分数； ?各物相的密度； ?各物相的弹性模量 ?界面过渡区的特性
混凝土弹性模量影响因素
? 混凝土是多物相复合材料，因此，其弹性行为取决 于各个相的弹性行为：
? 未水化的水泥颗粒
? 水化物凝胶
水泥石
基体相
?水
? 粗骨料 ? 细骨料
骨料
分散相
? 混凝土的弹性模量取决于下列 4个要素：