混凝土构材料的物理力学性能.docVIP

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 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； 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。 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fcuk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/mm2/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fcu,k=30N/mm2 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。C50以上为高强混凝土， （2）实验方法对混凝土立方体抗压强度的影响 箍（机头）影响 尺寸影响 加载速度影响C30时，取每秒钟0.3～0.5N／mm2；混凝土强度等级高于或等于C30时，取每秒钟0.5～0.8N／mm2， 混凝土龄期影响混凝土的抗压极限强度随着试验时混凝土的龄期逐渐增长，开始时强度增长的速度较快，后来逐渐减缓。 （3）尺寸效应 随着受压截面的增大，混凝土立方体抗压强度值减小。 2、混凝土轴心抗压强度（混凝土的棱柱体强度fc ，是其基本力学性能之一） 混凝土的抗压强度不仅与试件的尺寸有关，而且也同它的形状有关。混凝土结构的实际情况，受压构件往往不是立方体，而是棱柱体，所以采用棱柱体试件(高度大于边长的试件称为棱柱体)比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，棱柱体试件高宽比一般h/b=2-3，我国通常取150mm×150mm×450mm的棱柱体试件，也常用100×100×300试件。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。 棱柱体抗压强fck度和立方体抗压强度fcu,k的关系（统计平均值） 考虑到实际结构构件制作、养护、受力情况与试件的差异，并主要照顾到多年来采用的数值等因素，《规范》中取用 式中：为棱柱体强度与立方体强度的比值，对混凝土强度等级为C50以下的取0.76；对C80取0.82，中间按直线内插计算。为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取1.0，对C80取0.87，中间按内插计算，0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。 美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高300 mm）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为 fc。 圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为， 3.混凝土受压破坏机理 粗骨料抗压强度为90N／mm2；砂浆抗压强度为48N／mm2 ；由这两种材料组成的混凝土抗压强度只有24 N／mm2，其原因必须从混凝土受压破坏的机理来剖析：混凝土内部是多层次的二相复合结构，在未受荷前由于收缩、湿热体积变化等原因就已存在初始的微裂缝，在外力作用下，混凝土的破坏过程是裂缝不断产生、扩展和失稳的过程。 混凝土破坏的三个阶段 I. 30％～40％极限抗压强度以内：此时只在试件内骨料和浆体结合面的某些孤立点上产生拉应力集中，当拉应力超过结合面粘结强度时，这些点就开裂，从