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2混凝土结构材料的物理力学性能本章提要钢筋和混凝土的物理力学性能以及共同工作的性能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。
本章介绍了钢筋和混凝土在不同受力条件下强度和变形的特点，以及这两种材料结合在一起共同工作的受力性能。
2.1钢筋2.1.1钢筋的品种和级别混凝土结构中使用的钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。
碳素钢除含有铁元素外，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。
根据含碳量的多少，碳素钢又可分为低碳钢（含碳量小于0.25%）、中碳钢（含碳量为0.25%~0.6%）和高碳钢（含碳量为0.6%~1.4%），含碳量越高，钢筋的强度越高，但塑性和可焊性越低。
普通低合金钢除含有碳素钢已有的成分外，再加入一定量的硅、锰、钒、钛、铬等合金元素，这样既可以有效地提高钢筋的强度，又可以使钢筋保持较好的塑性。
由于我国钢材的产量和用量巨大，为了节约低合金资源，冶金行业近年来研制开发出细晶粒钢筋，这种钢筋不需要添加或只需添加很少的合金元素，通过控制轧钢的温度形成细晶粒的金相组织，就可以达到与添加合金元素相同的效果，其强度和延性完全满足混凝土结构对钢筋性能的要求。
按照钢筋的生产加工工艺和力学性能的不同，《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）规定用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构中的钢筋或钢丝可分为热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋等，见附表4和附表5。
热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在温度状态下轧制而成，有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率较大。
热轧钢筋根据其强度的高低可分为HPB300级（符号 ）、HRB335级（符号）、HRBF335级（符号）、HRB400级（符号）、HRBF400级（符号）、RRB400级（符号）、HRB500级（符号）、HRBF500级（符号）。
其中HPB300级为光面钢筋，HRB335级、HRB400级和HRB500级为普通低合金热轧月牙纹变形钢筋，HRBF335级、HRBF400级、HRBF500级为细晶粒热轧月牙纹变形钢筋，RRB400级为余热处理月牙纹变形钢筋，余热处理钢筋是由轧制的钢筋经高温淬水、余热回温处理后得到的，其强度提高，价格相对较低，但可焊性、机械连接性能及施工适应性稍差，可在对延性及加工性要求不高的构件中使用，如基础、大体积混凝土以及跨度及荷载不大的楼板、墙体。
第二章混凝土结构材料的物理力学性能2.1砼的物理力学性能材料的力学性能指标包括：强度指标和变形性能指标。
本节内容一、混凝土的组成结构二、单向受力状态下的混凝土强度（重点）三、复合受力状态下的混凝土强度四、混凝土的变形性能2.1.1 混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥、砂子和石子三种材料及水按一定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材。
1、混凝土结构分为三种基本类型：微观结构：即水泥石结构，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、水灰比和硬化条件亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构；可看作以水泥石为基相、砂子为分散相的二组分体系，砂子和水泥石的结合面是薄弱面。
对于水泥砂浆结构，除上述决定水泥石结构的因素外，砂浆配合比、砂的颗粒级配与矿物组成、砂粒形状、颗粒表面特性及砂中的杂质含量是重要控制因素宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。
与亚微观结构有许多共同点，因为这时可以把水泥砂浆看作基相，粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的结合面也是薄弱面。
2、混凝土的内部结构特点a)混凝土是一种复杂的多相复合材料。
其组份中的砂、石、水泥胶块中的晶体、未水化的水泥颗粒组成了混凝土中错综复杂的弹性骨架，主要用它来承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点；b)水泥胶块中的凝胶、孔隙和结合界面初始微裂缝等，在外荷载作用下则使混凝土产生塑性变形。
c)混凝土结构中的孔隙、界面微裂缝等先天缺陷，往往是混凝土受力破坏的起源，而微裂缝在受荷时的发展对混凝土的力学性能起着极为重要的影响。
2.1.2、单向受力状态下的混凝土强度用途：是进行钢筋混凝土结构构件强度分析、建立强度理论公式的重要依据。
1、立方体抗压强度 混凝土强度等级立方体抗压强度是最主要和最基本的指标。
混凝土的强度等级是依据混凝土立方体抗压强度标准制f cuk 确定的。
（1）测定方法：以边长150mm 立方体标准试件，在标准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm 2/s ，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度值，用符号C 表示，C30表示f cu,k =30N/mm 2现《规范》根据强度范围，从C15~C60共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。
第二章混凝土结构材料的物理力学性能教学重点：掌握各种材料性能的特性，钢筋及混凝土各自的应力应变关系，影响材料强度及变形大小的因素，从而为以后学习本课程或使用材料时打下基础。
教学内容：1.钢筋：钢筋的成份、种类和级别，钢筋的应力应变曲线，钢筋的塑性性能，钢筋的冷加工。
2.混凝土：立方体抗压强度，影响混凝土强度的因素，轴心抗压强度，轴心抗拉强度。
混凝土的变形：混凝土在一次短期加载时的应力应变性能，混凝土的变形模量。
混凝土的徐变。
混凝土的收缩。
3.钢筋与混凝土之间的粘结力。
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。
混凝土组成结构是一个广泛的综合概念，包括从组成混凝土组分的原子、分子结构到混凝土宏观结构在内的不同层次的材料结构。
通常把混凝土的结构分为三种基本结构类型：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。
混凝上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台的薄弱面。
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。
浇注混凝上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、水泥胶体中的晶体、未水化的水泥颗粒组成了错综复杂的弹性骨架，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、?L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。
在荷载作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。
混凝土的材料力学性能分析混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其特性在很大程度上决定了建筑物的结构和安全性。
混凝土的材料力学性能分析是研究混凝土在力学上的特性和行为，以便更好地设计和建造建筑结构。
本文将详细介绍混凝土的材料力学性能分析原理。
一、混凝土的组成和特性混凝土是由水泥、水、骨料和掺合料混合而成的材料。
其中，水泥是混凝土的胶凝材料，主要起到粘结作用；水是混凝土中的溶剂，用于调节混凝土的流动性；骨料是混凝土的骨架材料，主要承受混凝土的压缩力和剪切力；掺合料是混凝土中的辅助材料，主要用于改善混凝土的性能。
混凝土具有许多特性，包括强度、韧性、耐久性和可塑性等。
其中，强度是混凝土最重要的特性之一，通常通过抗压强度和抗拉强度来衡量。
韧性是混凝土的抗裂性能，可以通过延性指标来评价。
耐久性是混凝土的抗氧化和抗渗性能，主要与混凝土的化学成分和孔隙结构有关。
可塑性是混凝土的流动性能，可以通过工作性、流动度和坍落度等指标来评价。
二、混凝土的力学性能分析原理混凝土的力学性能分析主要包括强度分析、变形分析和破坏分析三个方面。
1. 强度分析混凝土的强度是指混凝土承受外力时的抵抗能力。
强度分析是混凝土力学性能分析中最基本的部分。
混凝土的强度分析涉及到混凝土的抗压强度、抗拉强度、剪切强度和抗弯强度等多个方面。
抗压强度是混凝土在受到垂直于其表面的力时的抗力能力，是评价混凝土强度的最主要指标。
抗压强度的大小受多种因素影响，包括混凝土的配合比、骨料种类和水泥品种等因素。
抗拉强度是混凝土在受到垂直于其表面的拉力时的抗裂能力，通常比抗压强度低一个数量级。
剪切强度是混凝土在受到平行于其表面的剪切力时的抗力能力，通常比抗压强度低一个数量级。
抗弯强度是混凝土在受到弯曲力时的抗力能力，通常比抗压强度低一个数量级。
2. 变形分析混凝土在受力时会发生变形，变形分析是混凝土力学性能分析的另一个重要部分。
混凝土的变形包括拉伸变形、压缩变形和剪切变形等多个方面。
混凝土材料的力学性能原理一、混凝土的组成和分类混凝土是一种由水泥、砂、石子和水等组成的人造材料，广泛应用于工程建设中。
混凝土的主要组成部分是水泥熟料和矿物掺合料，其中水泥熟料是通过煅烧石灰石、粘土等原材料得到的熔融物质，矿物掺合料是指通过研磨、筛分等工艺得到的粉状物质。
混凝土按照材料的组成和性能可以分为普通混凝土、高强度混凝土、自密实混凝土等多种类型。
二、混凝土的力学性能混凝土的力学性能是指其在外力作用下的变形和破坏性能，主要包括强度、刚度、稳定性等指标。
混凝土的力学性能与其组成部分、施工工艺等因素密切相关。
1.强度混凝土的强度是指在外力作用下抵抗破坏的能力，通常用抗压强度表示。
抗压强度是指在规定的试验条件下，混凝土试样在受到压力作用下的最大承载能力。
混凝土的抗压强度与其成分、配合比、养护条件等因素有关。
2.刚度混凝土的刚度是指在外力作用下对变形的抵抗能力，通常用弹性模量表示。
弹性模量是指在小应变条件下，混凝土试样受到应力变化时产生的应变与应力之比。
混凝土的刚度与其配合比、水胶比、龄期等因素有关。
3.稳定性混凝土的稳定性是指在外力作用下的变形和破坏过程中的稳定性能，通常用韧度和延性表示。
韧度是指混凝土试样在破坏前的能量吸收能力，通常用面积表示；延性是指混凝土试样在破坏前的变形能力，通常用应变表示。
混凝土的稳定性与其配合比、养护条件、龄期等因素有关。
三、混凝土的破坏机理混凝土的破坏机理是指在外力作用下混凝土试样发生破坏的过程和规律，主要有拉应力破坏、剪应力破坏、压应力破坏等多种形式。
1.拉应力破坏拉应力破坏是指混凝土试样在受到拉应力作用下发生破坏的过程。
拉应力破坏通常发生在轴心受拉试件上，主要通过裂缝的形成和扩展来实现。
拉应力破坏的主要特点是试样破坏前的变形较大，而且在破坏后试样容易出现破碎。
2.剪应力破坏剪应力破坏是指混凝土试样在受到剪应力作用下发生破坏的过程。
剪应力破坏通常发生在梁、板等构件上，主要通过剪切面的形成和扩展来实现。
