第四章 混凝土结构材料的性能

混凝土结构材料性能混凝土是一种常用的建筑材料，其性能对于建筑结构的安全性和稳定性起着至关重要的作用。

本文将围绕混凝土结构材料的性能展开讨论，包括强度、耐久性、抗渗性以及抗震性等方面。

一、强度混凝土的强度是衡量其抵抗外力作用的能力的重要指标。

强度主要包括抗压强度和抗拉强度两个方面。

抗压强度是指混凝土在受到压力时的抵抗能力，而抗拉强度则是指混凝土在受到拉力时的抵抗能力。

混凝土的抗压强度往往是工程设计的重要参考参数。

通过调整混凝土配合比和施工工艺，可以提高混凝土的抗压强度。

而抗拉强度相对较低，因此在一些关键部位往往需要采取加强措施，如使用钢筋等增强混凝土的抗拉能力。

二、耐久性混凝土结构的耐久性是指其在长期使用和自然环境中的性能表现。

耐久性的好坏直接影响着混凝土结构的使用寿命和维修成本。

主要影响混凝土耐久性的因素包括环境条件、外部侵蚀物质、结构设计和施工质量等。

环境条件是决定混凝土结构耐久性的重要因素之一。

例如，气候条件、湿度、温度变化等都会对混凝土的性能产生影响。

同时，外部侵蚀物质，如化学物质、盐分、腐蚀介质等也会加速混凝土的老化和损坏。

为了提高混凝土的耐久性，可以通过选用高品质的材料、加强结构设计和施工工艺上的控制等方式进行改进。

三、抗渗性混凝土的抗渗性是指其不透水的能力。

在建筑结构中，抗渗性是一个关键指标，直接关系到结构的安全性和耐久性。

当混凝土结构没有足够的抗渗性时，会导致水分渗入混凝土中，从而引起腐蚀、开裂等问题。

提高混凝土的抗渗性可以采用多种方式，如调整配合比、加强混凝土的致密性、使用防水剂等。

此外，施工过程中的注意事项和细节处理也会对抗渗性产生重要影响。

四、抗震性抗震性是指混凝土在地震力作用下的抵抗能力。

混凝土作为一种结构材料，其抗震性能直接关系到建筑结构的安全性和稳定性。

在地震波的作用下，如果混凝土结构的抗震能力不足，会引发严重的破坏和倒塌。

为了提高混凝土结构的抗震性，一方面可以通过增加混凝土的强度和刚度来改善结构的整体抗震性能；另一方面也可以采用一些增强措施，如增设钢筋骨架、加固关键部位等，使混凝土结构具备更好的抗震能力。

第一章混凝土结构用材料的性能1、在钢筋混凝土构件中钢筋的作用是替混凝土受拉或协助混凝土受压.2、混凝土的强度指标有混凝土的立方体强度、混凝土轴心抗压强度和混凝土抗拉强度。

3、混凝土的变形可分为两类：受力变形和体积变形。

4、钢筋混凝土结构使用的钢筋，不仅要强度高，而且要具有良好的塑性、可焊性，同时还要求与混凝土有较好的粘结性能。

5、影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素很多，其中主要为混凝土强度、浇筑位置、保护层厚度及钢筋净间距。

6、钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料能够有效地结合在一起共同工作，其主要原因是: 钢筋和混凝土之间具有良好的粘结力、钢筋和混凝土的温度线膨胀系数接近和混凝土对钢筋起保护作用.7、混凝土的变形可分为混凝土的受力变形和混凝土的体积变形 .其中混凝土的徐变属于混凝土的受力变形，混凝土的收缩和膨胀属于混凝土的体积变形。

第二章混凝土结构的设计方法1、结构设计的目的,就是要使所设计的结构，在规定的时间内能够在具有足够可靠性性的前提下，完成全部功能的要求。

2、结构能够满足各项功能要求而良好地工作，称为结构可靠，反之则称为失效，结构工作状态是处于可靠还是失效的标志用极限状态来衡量。

3、国际上一般将结构的极限状态分为三类：承载能力极限状态、正常使用极限状态和“破坏一安全”极限状态。

4、正常使用极限状态的计算,是以弹性理论或塑性理论为基础,主要进行以下三个方面的验算：应力计算、裂缝宽度验算和变形验算.5、公路桥涵设计中所采用的荷载有如下几类：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。

6、结构的安全性、适用性和耐久性通称为结构的可靠性.7、作用是指使结构产生内力、变形、应力和应变的所有原因，它分为直接作用和间接作用两种. 直接作用是指施加在结构上的集中力或分布力如汽车、人群、结构自重等，间接作用是指引起结构外加变形和约束变形的原因，如地震、基础不均匀沉降、混凝土收缩、温度变化等。

8、结构上的作用按其随时间的变异性和出现的可能性分为三类：永久作用（恒载）、可变作用和偶然作用.9、我国《公路桥规》根据桥梁在施工和使用过程中面临的不同情况,规定了结构设计的三种状况：持久状况、短暂状况和偶然状况。

《混凝土结构设计原理》第四章受弯构件正截面承载力计算课堂笔记◆知识点掌握：受弯构件是土木工程中用得最普遍的构件。

与构件计算轴线垂直的截面称为正截面，受弯构件正截面承载力计算就是满足要求：M≤Mu。

这里M为受弯构件正截面的设计弯矩,Mu为受弯构件正截面受弯承载力，是由正截面上的材料所产生的抗力，其计算及应用是本章的中心问题。

◆主要内容受弯构件的一般构造要求受弯构件正截面承载力的试验研究受弯构件正截面承载力的计算理论单筋矩形戴面受弯承载力计算双筋矩形截面受弯承载力计算T形截面受弯承载力计算◆学习要求1.深入理解适筋梁的三个受力阶段，配筋率对梁正截面破坏形态的影响及正截面抗弯承载力的截面应力计算图形。

2.熟练掌握单筋矩形、双筋矩形和T形截面受弯构件正截面设计和复核的握法，包括适用条件的验算。

重点难点◆本章的重点:1.适筋梁的受力阶段，配筋率对正截面破坏形态的影响及正截面抗弯承载力的截面应力计算图形。

2.单筋矩形、双筋矩形和T形截面受弯构件正截面抗弯承载力的计算。

本章的难点：重点1也是本章的难点。

一、受弯构件的一般构造（一）受弯构件常见截面形式结构中常用的梁、板是典型的受弯构件:受弯构件的常见截面形式的有矩形、T形、工字形、箱形、预制板常见的有空心板、槽型板等；为施工方便和结构整体性，也可采用预制和现浇结合，形成叠合梁和叠合板。

（二）受弯构件的截面尺寸为统一模板尺寸，方便施工，宜按下述采用:截面宽度b=120, 150 , 180、200、220、250、300以上级差为50mm。

截面高度h=250, 300,…、750、800mm，每次级差为50mm，800mm以上级差为100mm。

板的厚度与使用要求有关，板厚以10mm为模数。

但板的厚度不应过小。

（三）受弯构件材料选择与一般构造1.受弯构件的混凝土等级提高砼等级对增大正截面承载力的作用不显著。

受弯构件常用的混凝土等级是C20~C40。

2.受弯构件的混凝土保护层厚度纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的最小垂直距离，称为混凝土保护层厚度，用c表示。

混凝土结构设计基本原理复习重点第 1 章绪论1.钢筋与混凝土为什么能共同工作：（1）钢筋与混凝土间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能够很好地共同变形，完成其结构功能。

（2）钢筋与混凝土的温度线膨胀系数也较为接近，因此，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。

（3）包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。

1、混凝土的主要优点：1)材料利用合理2 )可模性好3)耐久性和耐火性较好4)现浇混凝土结构的整体性好5)刚度大、阻尼大6)易于就地取材2、混凝土的主要缺点：1)自重大2)抗裂性差3 )承载力有限4)施工复杂、施工周期较长5 )修复、加固、补强较困难建筑结构的功能包括安全性、适用性和耐久性三个方面作用的分类：按时间的变异，分为永久作用、可变作用、偶然作用结构的极限状态：承载力极限状态和正常使用极限状态结构的目标可靠度指标与结构的安全等级和破坏形式有关。

荷载的标准值小于荷载设计值；材料强度的标准值大于材料强度的设计值第2章钢筋与混凝土材料物理力学性能一、混凝土立方体抗压强度（f cu,k）：用150mm×150mm×150mm的立方体试件作为标准试件，在温度为（20±3）℃，相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法加压到破坏，所测得的具有95%保证率的抗压强度。

（f cu,k为确定混凝土强度等级的依据）1.强度轴心抗压强度（f c）：由150mm×150mm×300mm的棱柱体标准试件经标准养护后用标准试验方法测得的。

（f ck=0.67 f cu,k）轴心抗拉强度（f t）：相当于f cu,k的1/8～1/17, f cu,k越大，这个比值越低。

复合应力下的强度：三向受压时，可以使轴心抗压强度与轴心受压变形能力都得到提高。

双向受力时，（双向受压：一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加；双向受拉：混凝土的抗拉强度与单向受拉的基本一样；一向受拉一向受压：混凝土的抗拉强度随另一向压应力的增加而降低，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增加而降低）受力变形：（弹性模量：通过曲线上的原点O引切线，此切线的斜率即为弹性模量。

混凝土结构设计规范《混凝土结构设计规范》（DG310-2020）是由中国建筑工业出版社发布的国家标准，旨在统一国内混凝土结构设计要求，使混凝土结构能够处理新的荷载、材料及施工技术等发展，规范主要包括：第一章总则1、本规范包括一般要求、分析、设计、健全力学设计、材料及施工性质等内容；2、设计必须符合本规范，重要项目可要求实行加强监护制度；3、设计必须考虑抗震设计、非震动结构安全、合理结构及施工性质；4、非震动结构设计应符合国家标准及本规范；第二章材料1、混凝土结构材料的性质、分类、计量等应服从有关国家标准、本规范和施工文明；2、混凝土材料必须符合设计要求，建议应使用连续等级的高级材料；3、混凝土中掺用外加剂不得超出规定标准，施工时必须采用合格材料；第三章设计1、设计应符合本规范及施工文件；2、设计结构应以安全、结构刚度、使用性能及经济效果为前提；3、设计中要考虑荷载、材料强度、结构力学特性等；第四章施工1、施工必须符合设计施工文件，并遵守国家及地方施工技术规范及有关法律法规；2、施工必须保证材料及结构密实、合理分担力矩、施工及其他构件之间的配合度等；3、施工现场应建立混凝土质量控制系统，以保证施工质量；第五章复核1、设计必须进行复核，应检查设计计算、施工文件等；2、复核必须符合国家标准及施工文件，复核时应注意结构安全性及抗震设计；3、复核前应仔细检查设计、施工文件及其他与设计有关的文件；第六章变更1、如发生变更，必须在工程安全的前提下，批准后方可实施变更；2、变更后须按本规范设计或重新检查已设计的构件，并按照施工及施工文件等办法加以改正；3、变更后必须重新复核，并完成变更复核报告。

第四章水泥混凝土4-1．普通混凝土的组成材料有哪几种？在混凝土硬化前后各起何作用？答：（1）普通混凝土的主要组成材料有水泥、细骨料、砂、粗骨料、石和水。

另外还常加入适量的掺合料和外加剂。

（2）在混凝土中，水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。

在混凝土硬化前水泥浆起润滑作用。

赋予拌合物一定的流动性、粘聚性便于施工。

在硬化后则起到了将砂、石胶结为一个整体的作用，使混凝土具有一定的强度、耐久性等性能。

砂、石在混凝土中起骨架作用，可以降低水泥用量，减小干缩、提高混凝土的强度和耐久性。

4-2．何谓骨料级配？如何判断某骨料的级配是否良好？答：（1）骨料级配是指骨料中不同粒径颗粒的组配情况。

（2）骨料级配良好的标准是骨料空隙率及总表面面积均较小；在W/C一定时，达到相同和易性，最省水及水泥的骨料级配。

4-3．对混凝土用砂为何要提出级配和细度要求？两种砂的细度模数相同，其级配是否相同？反之，如果级配相同，其细度模数是否相同？答：（1）级配是为了保证各粒级都有合适的颗粒搭配，降低孔隙率。

良好的级配指粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充，中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充，如此逐级填充使砂形成最密致的堆积状态，空隙率达到最小值，堆积密度达最大值。

这样可达到节约水泥，提高混凝土综合性能的目标。

（2）细度是为了混凝土和易性。

比表面积小，但是孔隙率大，需要较多的水泥浆填充，流动性差。

太细的话，比表面积大，需要大量的水泥浆来包裹砂子颗粒，水泥用量多，粘性大，流动性不好。

水泥最终使用是要加水硬化的，如果太粗则水化程度不完全，如果太细则水化速度太快而且造成混凝土早期强度太快，会产生裂缝或后期强度不够等。

（3）细度模数M=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/(100-A1)，A1、A2、A3、A4、A5、A6是累计筛余百分数，沙的级配是由累计筛余百分数确定的，所以级配相同，细度模数相同。

反之细度模数相同，级配未必相同。

混凝土结构材料知识点总结一、混凝土的组成及性能1.混凝土的组成混凝土主要由水泥、砂和骨料组成。

其中水泥是混凝土的胶凝材料，砂是用来填充水泥中的空隙，骨料主要是用来增加混凝土的强度和硬度。

2.混凝土的性能混凝土具有很好的耐压、耐拉、耐抗弯等性能，同时还具有抗渗、抗冻融、抗腐蚀等特点。

混凝土在施工中具有可塑性好、施工工艺简单和易于保养等优点。

二、混凝土的配合比设计1.混凝土的配合比混凝土的配合比是指水泥、砂和骨料的比例以及使用的水泥和水的比例。

合理的配合比可以使混凝土具有较好的性能。

2.配合比设计方法混凝土的配合比设计通常包括试验设计和经验设计两种方法。

试验设计主要是通过试验确定具体的配合比，而经验设计则是根据以往的施工经验确定混凝土的配合比。

三、混凝土的配制和施工工艺1.混凝土的配制混凝土的配制主要包括原材料的配送、搅拌和运输，其中搅拌是保证混凝土均匀性和品质的关键环节。

2.混凝土的施工工艺混凝土的施工工艺通常包括模板安装、骨料铺设、混凝土浇筑、振捣、养护等多个环节。

每个环节都对混凝土的品质和性能有着重要影响。

四、混凝土的强度、硬度及变形特性1.混凝土的强度混凝土的强度是指其抗压、抗拉、抗折等力学性能，可以通过试验测定来进行评定。

2.混凝土的硬度混凝土的硬度是指其在受力后变形和破坏的能力，通常可以通过混凝土的抗压强度等指标来评定。

3.混凝土的变形特性混凝土在受力后会发生变形，主要包括弹性变形、塑性变形和破坏性变形。

了解混凝土的变形特性有利于设计和施工。

五、混凝土的耐久性能1.混凝土的耐久性能混凝土的耐久性能是指其在外界环境条件下能够保持稳定的结构和性能，包括抗渗、抗冻融、抗腐蚀等特性。

2.影响混凝土耐久性的因素混凝土的耐久性受到多种因素的影响，包括施工工艺、原材料的质量、外界环境条件等。

了解这些因素对混凝土耐久性的影响有利于提高混凝土的使用寿命。

六、混凝土的应用1.混凝土的应用范围混凝土广泛应用于建筑、桥梁、隧道、港口等土木工程领域，同时也在水利、电力、交通、城市建设等方面有着重要作用。