xA第五讲 普通混凝土的性质2.ppt

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1、 主讲：籍凤秋主讲：籍凤秋教授教授教授教授单位：石家庄铁道大学单位：石家庄铁道大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院本本讲主讲主要要内内容容u普通混凝土的物理性质普通混凝土的物理性质u普通混凝土的力学性质普通混凝土的力学性质u普通混凝土的耐久性普通混凝土的耐久性5.1普通混凝土的物理性质普通混凝土的物理性质n密实度密实度n体积稳定性体积稳定性n渗透性渗透性n热性能热性能一、密实度一、密实度u 密实度：密实度：表示在一定体积的混凝土中，固体物质的表示在一定体积的混凝土中，固体物质的填充程度。填充程度。u密实度的计算密实度的计算D=Vw+VC+Va式中：式中：Vw每立方米混凝土中强结合水的绝对体

2、积；每立方米混凝土中强结合水的绝对体积；VC每立方米混凝土中水泥的绝对体积；每立方米混凝土中水泥的绝对体积；Va每立方米混凝土中集料的绝对体积；每立方米混凝土中集料的绝对体积； Vw随着龄期和水泥品种的不同的而变化。随着龄期和水泥品种的不同的而变化。密实度的计算密实度的计算 Va=Vs+Vg- -表示一点龄期的混凝土中强结合水为水泥重的百表示一点龄期的混凝土中强结合水为水泥重的百分数，见下表。分数，见下表。水泥在不同龄期的结合水数水泥在不同龄期的结合水数水泥品种3天7天28天90天360天快硬硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥0.140.110.060.160.120.080.200.15

3、0.100.220.190.150.250.250.23密实度的计算密实度的计算一、密实度一、密实度u 对所用材料相同而组织结构不同的混凝土，或者对所用材料相同而组织结构不同的混凝土，或者组织结构相同但所用孔隙率不同的混凝土，其密组织结构相同但所用孔隙率不同的混凝土，其密实型可用其容重近似地比较。实型可用其容重近似地比较。u混凝土的密实度与混凝土的所有技术性质（强度、混凝土的密实度与混凝土的所有技术性质（强度、抗冻性、耐久性、传声性等性能有密切的联系。抗冻性、耐久性、传声性等性能有密切的联系。但混凝土的密实度或孔隙率不能完全说明混凝土但混凝土的密实度或孔隙率不能完全说明混凝土的结构。的结构。二

4、、体积稳定性二、体积稳定性u 化学收缩化学收缩u干湿变形干湿变形u温度变形温度变形（一）化学收缩（一）化学收缩定义定义：由于水泥水化生成物的体积比反应前物质总体：由于水泥水化生成物的体积比反应前物质总体积小，从而引起混凝土的收缩，称化学收缩，又称自积小，从而引起混凝土的收缩，称化学收缩，又称自身收缩。身收缩。化学收缩特点化学收缩特点：其收缩量随混凝土龄期的延长而增：其收缩量随混凝土龄期的延长而增加，其数量大致与时间的对数成正比。在成型后的加，其数量大致与时间的对数成正比。在成型后的40天内收缩增加较快，以后逐渐减小并趋于稳定。天内收缩增加较快，以后逐渐减小并趋于稳定。危害危害：不可逆，在混凝土

5、内部产生微裂缝，对大体积：不可逆，在混凝土内部产生微裂缝，对大体积混凝土影响较明显。温度较高，水泥用量较大和水泥混凝土影响较明显。温度较高，水泥用量较大和水泥细度较细时，其值增大。细度较细时，其值增大。（二）干湿变形（二）干湿变形1、干燥收缩的原因、干燥收缩的原因u毛细管水蒸发毛细管水蒸发u凝胶水蒸发凝胶水蒸发2、干缩值、干缩值混凝土的极限干缩值为混凝土的极限干缩值为（50-90）10-5；设计时采；设计时采用用1.5-2.0mm/m.（二）干湿变形（二）干湿变形3、湿涨、湿涨 置于水中的混凝土体积稍有膨胀，是由于水泥石中置于水中的混凝土体积稍有膨胀，是由于水泥石中凝胶体颗粒的吸附水膜增厚所致

6、。混凝土的干缩值凝胶体颗粒的吸附水膜增厚所致。混凝土的干缩值比湿涨值大。当空气相对湿度为比湿涨值大。当空气相对湿度为70%时，混凝土的时，混凝土的收缩值为湿涨的收缩值为湿涨的6倍，相对湿度为倍，相对湿度为50%时为时为8倍。见倍。见图图3-2-4-1（P166）如果将已经干缩的混凝土重新放入水中或潮湿环境如果将已经干缩的混凝土重新放入水中或潮湿环境中，混凝土还会重新产生湿涨，但不是所有的干缩中，混凝土还会重新产生湿涨，但不是所有的干缩变形都能恢复。不可恢复的变形占干缩变形的变形都能恢复。不可恢复的变形占干缩变形的30%-60%。（二）干湿变形（二）干湿变形4、干缩的危害干缩的危害u在混凝土的表

7、面产生裂缝在混凝土的表面产生裂缝u在水泥石与集料的界面上产生裂缝在水泥石与集料的界面上产生裂缝5、影响干缩变形的因素、影响干缩变形的因素（1）水泥浆量）水泥浆量（2）水泥品种与细度）水泥品种与细度（3）砂率）砂率（4）集料的弹性模量）集料的弹性模量（三）温度变形（三）温度变形1、温度变形的计算、温度变形的计算 L=L t式中：式中： L混凝土结构长度变化，混凝土结构长度变化，m;L混凝土结构长度，混凝土结构长度，m;t温差，温差，温度变形系数。温度变形系数。 =1010-6/2、减少温度变形造成的危害方法、减少温度变形造成的危害方法设置温度伸缩缝；在结构物中设置温度钢筋；大体设置温度伸缩缝；在

8、结构物中设置温度钢筋；大体积混凝土中采用低热水泥或人工降温。积混凝土中采用低热水泥或人工降温。 三、渗透性三、渗透性抗渗性的表示方法抗渗性的表示方法用抗渗标号或渗透系数表示。抗渗标号是以用抗渗标号或渗透系数表示。抗渗标号是以28天天龄期的标准试件，在标准渗透仪上，逐级加水压，龄期的标准试件，在标准渗透仪上，逐级加水压，从从0.2MPa开始，每隔开始，每隔8h增加水压增加水压0.1MPa，当，当6个个试件中有试件中有3个试件表面发现渗水，混凝土的抗渗标个试件表面发现渗水，混凝土的抗渗标号即以每组号即以每组6个试件中个试件中4个未发现渗水现象的最大个未发现渗水现象的最大水压力表示。按下式计算：水压

9、力表示。按下式计算：S=10H-1 式中：式中：S混凝土抗渗标号；混凝土抗渗标号；H第三个试件顶面开始渗水时的水压力第三个试件顶面开始渗水时的水压力。三、渗透性三、渗透性l混凝土渗水的主要原因混凝土渗水的主要原因混凝土内部的联通孔隙混凝土内部的联通孔隙-与水灰比大小有与水灰比大小有关。关。l提高抗渗性的措施提高抗渗性的措施掺加外加剂掺加外加剂减小水灰比减小水灰比选择合适的水泥品种选择合适的水泥品种保证施工质量及养护条件等。保证施工质量及养护条件等。16四、热性能四、热性能u比热比热u导热系数导热系数u低温系数低温系数u热膨胀系数热膨胀系数17（一）比热（一）比热u比热定义：将比热定义：将1kg

10、混凝土材料的温度提高或降混凝土材料的温度提高或降低低1K所吸收或放出的热量称为混凝土的比热。所吸收或放出的热量称为混凝土的比热。u混凝土的比热值：普通混凝土其比热一般为混凝土的比热值：普通混凝土其比热一般为840-1170J/(kgK).当其内部含水量增加时，当其内部含水量增加时，混凝土的比热会随之增加，因为水的比热为混凝土的比热会随之增加，因为水的比热为4.18103 3840-1170J/(kgK），集料的比热集料的比热为为710-840J/(kgK）。）。18（一）比热（一）比热u集料对混凝土比热的影响集料对混凝土比热的影响C=CP(1-Wa)+CaWa式中：式中：C混凝土的比热混凝土的

11、比热J/(kgK）；）； CP水泥石的比热水泥石的比热J/(kgK）；）； Ca集料的比热集料的比热J/(kgK）；）； Wa 混凝土集料的质量比。混凝土集料的质量比。 （二）导热系数（二）导热系数u定义：定义：单位面积（单位面积（1m2）的混凝土材料当其厚度）的混凝土材料当其厚度（1m）的两侧温度差为）的两侧温度差为1K时，通过该材料的热容量时，通过该材料的热容量（W）,称为该材料的导热系数（称为该材料的导热系数（），单位为），单位为W（mK）u混凝土的导热系数值：混凝土的导热系数值：普通混凝土及各组分的导热系普通混凝土及各组分的导热系数见表数见表3-2-4-2。组成材料名称组成材料名称导热

12、系数导热系数W（mK）组成材料名称组成材料名称 导热系数导热系数W（mK）拌和用水拌和用水空空气气0.6050.026集集料料普通混凝土普通混凝土1.71-3.142.3-3.49超声检测方法超声检测方法u影响导热系数的因素影响导热系数的因素：集料的种类与数量、混凝集料的种类与数量、混凝土的温度与含水量。土的温度与含水量。u导热系数是混凝土材料的一种非常重要的热物理导热系数是混凝土材料的一种非常重要的热物理指标。导热系数越小，则混凝土的绝热保温性能越指标。导热系数越小，则混凝土的绝热保温性能越好。好。（二）导热系数（二）导热系数（三）导温系数（三）导温系数u定义：是表示混凝土在冷却或加热过程中

13、，各点达定义：是表示混凝土在冷却或加热过程中，各点达到同样温度的速度。导温系数越大，则各点达到同样到同样温度的速度。导温系数越大，则各点达到同样温度的速度越快。温度的速度越快。u计算公式：计算公式：式中：式中：混凝土的混凝土的导导温系数，温系数，m2/h;混凝土的导热系数，混凝土的导热系数，W（mK）；）；c混凝土的比热，混凝土的比热，J/(kgK）；）；混凝土的密度，混凝土的密度，kg/m3。（三）导温系数（三）导温系数u混凝土的导温系数值：水泥净浆、砂浆及混凝土的导混凝土的导温系数值：水泥净浆、砂浆及混凝土的导温系数见表温系数见表3-2-4-3。u影响混凝土导热系数和比热的因素，同样也影响

14、混凝影响混凝土导热系数和比热的因素，同样也影响混凝土的导温系数。土的导温系数。项项目目水泥净浆水泥净浆水泥砂浆水泥砂浆混凝土混凝土水灰比水灰比0.300.650.65导温系数导温系数（m2/h）0.00120.00230.0034（四）热膨胀系数（四）热膨胀系数l混凝土的热膨胀值：混凝土的热膨胀值：混凝土的体积膨胀率一般为线膨胀率的混凝土的体积膨胀率一般为线膨胀率的3倍，普通倍，普通混凝土的热膨胀一般为混凝土的热膨胀一般为1010-6/左右，变化范围左右，变化范围大约是大约是（6 13）10-6/。l混凝土的热膨胀系数计算公式：混凝土的热膨胀系数计算公式：（四）热膨胀系数（四）热膨胀系数l式中

15、：式中：C、P、a分分别为别为混凝土、水混凝土、水泥石和集料的泥石和集料的热热膨膨胀胀系数；系数； EP、Ea水泥石和集料的水泥石和集料的弹弹性模量；性模量； VP、Va水泥石和集料的体水泥石和集料的体积积比。比。不同水泥品种、不同集料不同水泥品种、不同集料对对混凝土混凝土热热膨膨胀胀系数的影响系数的影响见见表表3-2-4-4.（P164）5.2普通混凝土的力学性质普通混凝土的力学性质5.2.1强度及影响因素强度及影响因素5.2.2不同应力状态下混凝土的破坏过程不同应力状态下混凝土的破坏过程5.2.3破坏机理和强度理论破坏机理和强度理论5.2.4弹性模量弹性模量5.2.5疲劳特性疲劳特性5.2

16、.1强度及影响因素强度及影响因素一、混凝土的强度一、混凝土的强度二、影响混凝土强度的因素二、影响混凝土强度的因素一、一、混凝土的强度混凝土的强度抗压强度标准值和强度等级抗压强度标准值和强度等级轴心抗压强度轴心抗压强度劈裂抗拉强度劈裂抗拉强度抗弯拉强度抗弯拉强度混凝土与钢筋的粘结强度混凝土与钢筋的粘结强度（二）抗压强度标准值和强度等级值和强度等级 1、立方体抗压强度、立方体抗压强度按照国家标准按照国家标准普通混凝土力学性能试验方法普通混凝土力学性能试验方法（GBJ81-85GBJ81-85），），制作边长为制作边长为150150mmmm的立方体试件，的立方体试件，在标准条件（温度在标准条件（温度

17、2020 2 2 C C，相对湿度相对湿度90%90%以上）以上）下，养护到下，养护到2828d d龄期，测得的抗压强度值为混凝龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方抗压强度），土立方体试件抗压强度（简称立方抗压强度），以以fcu表示。表示。 试件试件试件试件 非标准试件非标准试件: :返返 回回图图3 3 边长边长150mm150mm的立方体试件的立方体试件200mm200mm200mm200mm100mm100mm100mm100mm150mm150mm150mm150mm 标标 准准 试试 件件: :图图4 4 边长边长100mm 100mm 、200mm200mm的

18、立方体试件的立方体试件换算系数：换算系数：0.950.95换算系数：换算系数：1.051.052、立方体抗压强度标准值、立方体抗压强度标准值按标准方法按标准方法制作边长为制作边长为150150mmmm的立方体试件，的立方体试件，在在2828d d龄期，用龄期，用标准方法标准方法测得的强度总体分测得的强度总体分布中具有不低于布中具有不低于95%95%保证率的抗压强度值，保证率的抗压强度值，以以fcu.k表示。表示。3、普通混凝土强度等级、普通混凝土强度等级根据根据fcu,k.普通混凝土划分为十二个强度等级普通混凝土划分为十二个强度等级：concretefcu,kBackBack（二）轴心抗压强度

19、（二）轴心抗压强度（fcp）采用采用150 150 300 mm 棱柱体作为标准试件，棱柱体作为标准试件，也可用非标准试件，但高宽比应在也可用非标准试件，但高宽比应在2-32-3的范围内。的范围内。轴心抗压强度与立方体抗压强度之间的关系：轴心抗压强度与立方体抗压强度之间的关系： fcp ：fcu=0.70-0.80=0.70-0.80（三）混凝土劈裂抗压强度（三）混凝土劈裂抗压强度n混凝土是一种脆性材料，抗拉强度与抗压强度混凝土是一种脆性材料，抗拉强度与抗压强度为为1/101/20。因此混凝土只用于承受压荷载。因此混凝土只用于承受压荷载。n混凝土劈裂抗压强度计算公式混凝土劈裂抗压强度计算公式：

20、n劈裂抗压强度与立方体抗压强度之间的关系：劈裂抗压强度与立方体抗压强度之间的关系：（四）抗折强度（四）抗折强度抗折强度通过三分点加荷试验测试。抗折强度通过三分点加荷试验测试。试件：试件：150150550mm梁型梁型.抗折强度受力示意图：抗折强度受力示意图：计算公式：计算公式：（五）混凝土与钢筋间的粘结强度（五）混凝土与钢筋间的粘结强度l 影响 粘结强度因素粘结强度因素主要由混凝土与钢筋之间的摩擦力、钢筋与水泥石之间主要由混凝土与钢筋之间的摩擦力、钢筋与水泥石之间的粘结力及变形钢筋表面机械咬合力引起的。混凝土相的粘结力及变形钢筋表面机械咬合力引起的。混凝土相对收缩也有影响。对收缩也有影响。粘结

21、强度与混凝土的抗压强度有关。当混凝土抗压强度粘结强度与混凝土的抗压强度有关。当混凝土抗压强度小于小于20MPa时，粘结强度与抗压强度成正比；随着抗压时，粘结强度与抗压强度成正比；随着抗压强度的提高，粘结强度的增加值逐渐减小。强度的提高，粘结强度的增加值逐渐减小。其他影响因素：钢筋尺寸及变形钢筋种类、钢筋的位置，其他影响因素：钢筋尺寸及变形钢筋种类、钢筋的位置，加载类型，干湿和温度变化等。加载类型，干湿和温度变化等。（五）混凝土与钢筋间的粘结强度（五）混凝土与钢筋间的粘结强度l试验方法试验方法美国材料试验学会（美国材料试验学会（ASTMC234）采用拔出试验测试）采用拔出试验测试混凝土与钢筋间的

22、粘结强度。具体如下：混凝土与钢筋间的粘结强度。具体如下：混凝土为边长混凝土为边长150mm的立方体试件，其中埋入的立方体试件，其中埋入19mm的标准变形钢筋。试验时以不超过的标准变形钢筋。试验时以不超过34MPa/min的速度对钢筋施加拉力，直到钢筋发生屈服；或混凝的速度对钢筋施加拉力，直到钢筋发生屈服；或混凝土劈开；或加荷端钢筋滑移超过土劈开；或加荷端钢筋滑移超过2.5mm。计算公式为：。计算公式为：二、影响强度的因素二、影响强度的因素1、水泥强度等级与水、水泥强度等级与水灰比灰比2、骨料的性质、骨料的性质3、养护条件、养护条件4、龄期、龄期5、掺和料与外加剂、掺和料与外加剂6、试验条件与振

23、捣方、试验条件与振捣方式式 如试件尺寸、加荷如试件尺寸、加荷速度、表面平整度速度、表面平整度等。等。标准养护：温度标准养护：温度20 3 ，相对湿度相对湿度90%以上。以上。自然养护：自然条件下的自然养护：自然条件下的养护，温度随气温的变化养护，温度随气温的变化而变化，应保持湿度，用而变化，应保持湿度，用草袋覆盖，并不断浇水，草袋覆盖，并不断浇水，以防止收缩。以防止收缩。蒸汽养护蒸汽养护蒸汽养护蒸汽养护蒸压养护蒸压养护蒸压养护蒸压养护 对数公式：对数公式： fn = f28 lgn/lg28混凝土强度公式混凝土强度公式塑性和低塑性混凝土塑性和低塑性混凝土塑性和低塑性混凝土塑性和低塑性混凝土W/

24、C0.30.8 AB碎石碎石0.460.07卵石卵石0.480.33水灰比水灰比对强强度的影响度的影响IIIw/c w/c 过小过小过小过小W/C W/C 在一定范围内在一定范围内在一定范围内在一定范围内W/C强度强度强度强度W/C强度强度强度强度水灰比水灰比对强强度的影响度的影响fcucufcucuw/cc/w人工振捣人工振捣f28W/C机械振捣机械振捣 f28 与与 W/C 关系关系水灰比对强度的影响水灰比对强度的影响骨料骨料的影响的影响BackBack粗骨料的强度粗骨料的强度裂纹扩展至骨料裂纹扩展至骨料时绕界面而过时绕界面而过骨料强度高骨料强度高混凝土强度高混凝土强度高当骨料强度高时，裂

25、纹扩展至骨料当骨料强度高时，裂纹扩展至骨料时绕界面而过，混凝土强度高。时绕界面而过，混凝土强度高。D Dmaxmax对普通混凝土的影响小；对普通混凝土的影响小；对于高强混凝土对于高强混凝土对于高强混凝土对于高强混凝土, , Dmax 提高，则提高，则 强度强度 降低。降低。 (尺寸效应尺寸效应) Dmax强度强度尺寸效应尺寸效应尺寸效应尺寸效应粒径的影响粒径的影响无影响无影响W/C0.65fcu 碎石碎石=1.38fcu 卵石卵石W/C0.4BackBack表面特征影响表面特征影响养护条件养护条件l混凝土强度受到水泥水化程度和速度的影响，而混凝土强度受到水泥水化程度和速度的影响，而这又受到湿度

26、和温度的影响。这又受到湿度和温度的影响。l温度越高，水泥的水花速度越快，混凝土强度发温度越高，水泥的水花速度越快，混凝土强度发展速度越快。展速度越快。l湿度越大，水泥水化程度越高。湿度越大，水泥水化程度越高。温度温度水泥水化水泥水化速度速度混凝土强度混凝土强度温度温度水泥水化速度水泥水化速度混凝土强度混凝土强度BackBack温度对强度的影响温度对强度的影响fcu203040100龄期龄期没有冻结没有冻结增长增长1天后冻结天后冻结增长增长7天后冻结天后冻结适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：f28=fn (lg28/lgn)fn 混凝土混凝土n天的强度天的强度 f28 混凝土混凝土28天强

27、度天强度标准条件养护标准条件养护32.5 42.5 级的的 P.O (n3)BackBack9365龄期龄期(d)200406080100120140长期保持潮湿长期保持潮湿保持潮湿保持潮湿14天天保持潮湿保持潮湿7天天保持潮湿保持潮湿3天天保持潮湿保持潮湿1天天强度和混凝土养护时间之间的关系强度和混凝土养护时间之间的关系f28(%)n混凝土成型后一段时间内维持一定的温混凝土成型后一段时间内维持一定的温度和相对湿度，保证混凝土强度等性能的度和相对湿度，保证混凝土强度等性能的正常发展。正常发展。 这个过程叫做养护。这个过程叫做养护。 n有三种类型的养护：自然养护，蒸汽养有三种类型的养护：自然养护

28、，蒸汽养护和蒸压养护。护和蒸压养护。A自然养护自然养护B 蒸汽养护蒸汽养护C.蒸压养护蒸压养护试验条件影响试验条件影响混凝土强度混凝土强度混凝土强度混凝土强度影响因素影响因素影响因素影响因素操作操作操作操作试验设备试验设备试验设备试验设备试件表面试件表面试件表面试件表面形状形状形状形状尺寸尺寸尺寸尺寸BackBack试验条件影响试验条件影响v混凝土试件受轴向压力作用混凝土试件受轴向压力作用v压力机压板横向变形小于混凝土横向变形压力机压板横向变形小于混凝土横向变形v故混凝土试件在与压板的接触面上受到向内的约故混凝土试件在与压板的接触面上受到向内的约束力。束力。v此力在此力在 范围内有效范围内有效

29、v使混凝土强度提高。使混凝土强度提高。v试件被破坏后上、下部各呈一个较完整的棱锥体。试件被破坏后上、下部各呈一个较完整的棱锥体。骨料骨料Dmax（mm）试件尺寸试件尺寸（mm）环箍效应环箍效应强度强度换算系数换算系数604031.5200150100弱弱偏低偏低强强偏高偏高1.051.000.95试件尺寸试件尺寸 3Dmax混凝土混凝土强强度的尺寸效度的尺寸效应 如表如表1所示。所示。BackBack提高强度的措施提高强度的措施 1、高等级的水泥和快硬早强水泥、高等级的水泥和快硬早强水泥2、降低水胶比（或水灰比）、降低水胶比（或水灰比）3、湿热处理、湿热处理蒸汽养护蒸汽养护：将混凝土放在温度低

30、于：将混凝土放在温度低于100常压蒸汽常压蒸汽中进行养护。一般中进行养护。一般1620h。蒸压养护蒸压养护：将混凝土构件放在：将混凝土构件放在125及及8atm的压蒸的压蒸锅内进行养护。锅内进行养护。4、采用机械搅拌和振捣、采用机械搅拌和振捣5、掺外加剂、掺合料、掺外加剂、掺合料5.2.2不同应力状态下不同应力状态下混凝土的破坏过程混凝土的破坏过程混凝土在施荷过程中，其破坏过程分以下三个阶混凝土在施荷过程中，其破坏过程分以下三个阶段段：预裂阶段预裂阶段慢裂阶段（稳定开裂阶段）慢裂阶段（稳定开裂阶段）快裂阶段（不稳定开裂阶段快裂阶段（不稳定开裂阶段（一）预裂阶段（一）预裂阶段由于化学收缩、毛细管

31、收缩及干燥收缩，在水由于化学收缩、毛细管收缩及干燥收缩，在水泥石基材中预先就存在着许多微孔和原始裂缝；泥石基材中预先就存在着许多微孔和原始裂缝；由于泌水作用、干燥收缩、骨料及基材刚度不由于泌水作用、干燥收缩、骨料及基材刚度不一致，在骨料和基材的界面上也会出现许多尺一致，在骨料和基材的界面上也会出现许多尺寸更大一些的孔洞和裂缝，构件成型时未排尽寸更大一些的孔洞和裂缝，构件成型时未排尽的气泡也会成为裂缝扩展的发元。的气泡也会成为裂缝扩展的发元。在大型混凝土构建里，还有热致裂缝。在大型混凝土构建里，还有热致裂缝。（二）慢裂阶段（二）慢裂阶段当材料开始加荷以后，由于界面区域比较薄弱，裂当材料开始加荷以

32、后，由于界面区域比较薄弱，裂缝首先从该处引发。缝首先从该处引发。随着荷载的增大，这些裂缝在界面上的延伸，并有随着荷载的增大，这些裂缝在界面上的延伸，并有一部分裂缝伸入基材。但由于荷载所提供的能量不一部分裂缝伸入基材。但由于荷载所提供的能量不够大，材料中的裂缝阻挡单元以阻挡或滞缓裂缝的够大，材料中的裂缝阻挡单元以阻挡或滞缓裂缝的扩展，因而裂缝生长缓慢。扩展，因而裂缝生长缓慢。此阶段一般发生在破坏荷载的此阶段一般发生在破坏荷载的85%90%以下，从以下，从外观上看，材料主要发生了弹性变形和部分塑性变外观上看，材料主要发生了弹性变形和部分塑性变形。形。（三）快裂阶段（三）快裂阶段当荷载继续增大时，若

33、裂缝前沿的集中应力超当荷载继续增大时，若裂缝前沿的集中应力超过了一定数值，则应力强度因子达到其临界值，过了一定数值，则应力强度因子达到其临界值，KKc；或材料释放的能量达到了增加单位新表面积所或材料释放的能量达到了增加单位新表面积所需要的表面能数值，即应变能释放率达到其临需要的表面能数值，即应变能释放率达到其临界值时，界值时，GGc（能量判据），（能量判据），则裂缝失去稳则裂缝失去稳定，快速的扩展开来，它们互相贯通，导致整定，快速的扩展开来，它们互相贯通，导致整体的破坏。体的破坏。Kc、Gc就是材料的由缓慢稳定开裂到快就是材料的由缓慢稳定开裂到快速失稳开裂这么一个转折点时需要达到的临界速失稳开

34、裂这么一个转折点时需要达到的临界值。值。5.2.3 破坏机理和强度理论破坏机理和强度理论混凝土裂缝的扩展混凝土裂缝的扩展格雷菲斯脆性断裂理论格雷菲斯脆性断裂理论混凝土的强度理论混凝土的强度理论一、混凝土裂缝的扩展一、混凝土裂缝的扩展混凝土破坏特点混凝土破坏特点混凝土裂缝扩展的阶段混凝土裂缝扩展的阶段混凝土在不同应力状态下的破坏规律混凝土在不同应力状态下的破坏规律混凝土裂缝扩展混凝土裂缝扩展可能发生的部位可能发生的部位混凝土破坏特点混凝土破坏特点当荷载当荷载极限荷载的极限荷载的40%60%无明显的破坏无明显的破坏当荷载在当荷载在40%60%可听到内部破坏的声音；可听到内部破坏的声音；当荷载当荷载

35、为极限荷载的为极限荷载的70%90%试块碎裂试块碎裂混凝土裂缝扩展的阶段混凝土裂缝扩展的阶段裂缝受力引发裂缝受力引发收缩裂缝收缩裂缝稳定的裂缝扩展稳定的裂缝扩展不稳定的裂缝扩不稳定的裂缝扩展展混凝土裂缝扩展的阶段混凝土裂缝扩展的阶段收缩裂缝：收缩裂缝：在混凝土加荷之前已存在，是由于水泥石在刚性在混凝土加荷之前已存在，是由于水泥石在刚性集料之间的干缩引起的。加荷初期，一些收缩裂集料之间的干缩引起的。加荷初期，一些收缩裂缝会由于荷载作用而部分闭合，使混凝土密实起缝会由于荷载作用而部分闭合，使混凝土密实起来。来。裂缝受力引发：裂缝受力引发：在加荷初期，在拉应变高度集中在加荷初期，在拉应变高度集中的各

36、点上会出现另外的微裂缝。的各点上会出现另外的微裂缝。混凝土裂缝扩展的阶段混凝土裂缝扩展的阶段稳定的裂缝扩展稳定的裂缝扩展： 随着荷载的增加，发生裂缝的扩展，但是这时如果保持应随着荷载的增加，发生裂缝的扩展，但是这时如果保持应力水平不变，则裂缝的扩展也就停止力水平不变，则裂缝的扩展也就停止。不稳定的裂缝扩展不稳定的裂缝扩展（约为极限应力的（约为极限应力的70%-90%）在荷载不变的情况下，裂缝的扩展也会自发进行。这时不在荷载不变的情况下，裂缝的扩展也会自发进行。这时不管荷载增加与否，均会导致混凝土的破坏。管荷载增加与否，均会导致混凝土的破坏。 见图b。A点一下：混凝土为准弹性状；点一下：混凝土为

37、准弹性状；B点以上：裂缝自发开展；点以上：裂缝自发开展；C点：发生破坏点：发生破坏混凝土裂缝扩展的阶段混凝土裂缝扩展的阶段a）裂缝的引发和扩展；）裂缝的引发和扩展；b）应力）应力应变曲线应变曲线混凝土在不同应力状态下混凝土在不同应力状态下的破坏规律的破坏规律混凝土在压缩疲劳情况下，交变荷载为混凝土在压缩疲劳情况下，交变荷载为106次的疲次的疲劳强（在最小应力为零时）一般为静态抗压强度的劳强（在最小应力为零时）一般为静态抗压强度的55%；在最小应力为零最大应力不超过静态抗压强度在最小应力为零最大应力不超过静态抗压强度40%时，混凝土一般可经受无数次的交变荷载的作用。时，混凝土一般可经受无数次的交

38、变荷载的作用。在长期荷载情况下，当荷载超过抗压强度的在长期荷载情况下，当荷载超过抗压强度的40%60%时，混凝土会发生徐变性状的改变，当时，混凝土会发生徐变性状的改变，当荷载约为抗压强度的荷载约为抗压强度的75%90%时，混凝土会发生时，混凝土会发生徐变破坏。徐变破坏。混凝土裂缝扩展混凝土裂缝扩展可能发生的部位可能发生的部位在荷载作用下，混凝土中的裂缝扩展会发在荷载作用下，混凝土中的裂缝扩展会发生在生在：（1）水泥石水泥石集料的界面上集料的界面上如普通混凝土如普通混凝土（2）水泥石或砂浆基体内）水泥石或砂浆基体内高弹性模量的集料高弹性模量的集料（3）集料颗粒内）集料颗粒内-集料弹性模量低如轻集

39、料混凝土集料弹性模量低如轻集料混凝土埋在砂浆内单个集料开裂模型埋在砂浆内单个集料开裂模型单向压缩单向压缩天然集料轻集料双向压缩双向压缩单向拉伸单向拉伸 二、固体材料的理论抗拉强度近视计算公式：固体材料的理论抗拉强度近视计算公式：式中式中： m材料的理论抗拉强度；材料的理论抗拉强度；E弹性模量；弹性模量；V单位面积的表面能；单位面积的表面能；a0原子间的平衡距离。原子间的平衡距离。m可粗略的估计为： m0.1Em=l 普通混凝土及其组分水泥石和集料的理论抗拉强普通混凝土及其组分水泥石和集料的理论抗拉强度，就可能高达度，就可能高达103 MPa的数量级。但实际抗拉强的数量级。但实际抗拉强度则远远低

40、于这个理论值。度则远远低于这个理论值。l格雷菲斯脆性断裂理论解释：在一定应力状态下格雷菲斯脆性断裂理论解释：在一定应力状态下混凝土中裂缝达到临界宽度后，处于不稳定状态，混凝土中裂缝达到临界宽度后，处于不稳定状态，会自发的扩展，以至断裂，断裂条件曲线如会自发的扩展，以至断裂，断裂条件曲线如P179页3-2-5-8所示。断裂拉应力和裂缝临界宽度的关系基本服从下式：断裂拉应力和裂缝临界宽度的关系基本服从下式： c= 式中：式中：c材料的断裂拉应力；材料的断裂拉应力；c裂缝临界宽度的一半；裂缝临界宽度的一半；泊松比。泊松比。 上式可近似的写为：上式可近似的写为：c并与理论抗拉强度计算式对比，可求得：并

41、与理论抗拉强度计算式对比，可求得：m/c= 这个结果也可以这样来解释：这个结果也可以这样来解释：裂纹在其两端引起应力集中，将外加应力放大了裂纹在其两端引起应力集中，将外加应力放大了倍使局部区域达到了理论强度，而导致断裂。倍使局部区域达到了理论强度，而导致断裂。如如a0210-8cm，则在材料中存在着一个，则在材料中存在着一个c为为210-4cm的的裂缝，就可以使断裂强度降为理论裂缝，就可以使断裂强度降为理论值的百分之一值的百分之一。三、混凝土的强度理论三、混凝土的强度理论n细观力学理论细观力学理论是根据混凝土细观非匀质性的特征，研究组成材是根据混凝土细观非匀质性的特征，研究组成材料对混凝土强度

42、所起的作用。为混凝土材料设计料对混凝土强度所起的作用。为混凝土材料设计的依据。的依据。n宏观力学理论宏观力学理论是假定混凝土为宏观匀质且各向同性的材料，研是假定混凝土为宏观匀质且各向同性的材料，研究混凝土在复杂应力作用下的破坏条件。对混凝究混凝土在复杂应力作用下的破坏条件。对混凝土结构设计很重要。土结构设计很重要。5.2.4 弹性模量弹性模量静弹性模量定义静弹性模量定义混凝土静弹性模量分类混凝土静弹性模量分类静力受压弹性模量的测定方法静力受压弹性模量的测定方法影响静弹性模量的因素影响静弹性模量的因素5.2.4 弹性模量弹性模量1、静弹性模量定义、静弹性模量定义混凝土受到荷载作用后，产生的变形包

43、括弹性变混凝土受到荷载作用后，产生的变形包括弹性变形和塑形变形两部分。当静压应力在形和塑形变形两部分。当静压应力在（0.3-0.5）Ra范围内，塑形变形占的比例很小，此时范围内，塑形变形占的比例很小，此时弹性模量称为静弹性模量。见图弹性模量称为静弹性模量。见图1.2、混凝土静弹性模量分类、混凝土静弹性模量分类切线模量切线模量割线模量割线模量-静弹性模量静弹性模量Eh初始弹性模量初始弹性模量-动弹性模量动弹性模量Ed Eh=1.25Ed -19103MPa静弹性模量曲线静弹性模量曲线u定义：在静力受压试验中，定义：在静力受压试验中，使混凝土的应力在使混凝土的应力在0.4fcp水水平下经过多次反复

44、加荷和卸平下经过多次反复加荷和卸荷，测出的变形模量。荷，测出的变形模量。u EC=Tan u混凝土的弹性模量与强度混凝土的弹性模量与强度成正比。强度越高，弹性模成正比。强度越高，弹性模量越大。量越大。u一般为（一般为（1-4）104 MPa弹性模量曲线弹性模量曲线3、弹性模量测定方法、弹性模量测定方法静力受压弹性模量的测定方法静力受压弹性模量的测定方法使混凝土的应力在使混凝土的应力在0.4Ra的水的水平下，经重复加荷平下，经重复加荷45次次后，后，测定其应力测定其应力应变曲线，进而应变曲线，进而求出其静弹性模量。求出其静弹性模量。3、静力受压弹性模量的测定方法、静力受压弹性模量的测定方法（1）

45、试件从养护地点取出后先将试件表面与上下）试件从养护地点取出后先将试件表面与上下承压板面擦干净；承压板面擦干净；（2）取）取3个试件按规定，测定混凝土的轴心抗压个试件按规定，测定混凝土的轴心抗压强度强度Ra，另，另3个试件用于测定混凝土的弹性模量；个试件用于测定混凝土的弹性模量；（3）在测定混凝土弹性模量时，变形测量仪应安）在测定混凝土弹性模量时，变形测量仪应安装在试件两侧的中线上并对称于试件的两端；装在试件两侧的中线上并对称于试件的两端；3、静力受压弹性模量的测定方法、静力受压弹性模量的测定方法（4）应仔细调整试件在压力试验机上的位置，使）应仔细调整试件在压力试验机上的位置，使其轴心与下压板的

46、中心线对准。开动压力试验机，其轴心与下压板的中心线对准。开动压力试验机，当上压板与试件接近时调整球座，使其接触匀衡；当上压板与试件接近时调整球座，使其接触匀衡；（5）加荷至基准应力为）加荷至基准应力为0.5MPa的初始的初始荷载荷载值，值，保持恒载保持恒载60S并在以后的并在以后的30S内记录每测点的变形内记录每测点的变形读数读数。应立即连续均匀地加荷至应力为轴心抗压。应立即连续均匀地加荷至应力为轴心抗压强度的强度的1/3的的荷载荷载值，保持恒载值，保持恒载60S并在以后的并在以后的30S内记录每一侧点的变形读数内记录每一侧点的变形读数；3、静力受压弹性模量的测定方法、静力受压弹性模量的测定方

47、法（6）当以上这些变形值之差与它们平均值之比大于）当以上这些变形值之差与它们平均值之比大于20%时，应重新对中试件后重复本条第时，应重新对中试件后重复本条第5款的试验。款的试验。如果无法使其减少到低于如果无法使其减少到低于20%时，则此次试验无效；时，则此次试验无效；（7）在确认试件对中后，以与加荷速度相同的速度）在确认试件对中后，以与加荷速度相同的速度卸荷至基准应力卸荷至基准应力0.5MPa，恒载，恒载60S；然后用同样；然后用同样的加荷和卸荷速度以及的加荷和卸荷速度以及60S的保持恒载至少进行两的保持恒载至少进行两次反复预压。在最后一次预压完成后，在基准应力次反复预压。在最后一次预压完成后

48、，在基准应力0.5MPa持荷持荷60S并在以后的并在以后的30S内记录每一侧点的内记录每一侧点的变形读数变形读数；再用同样的加荷速度加荷至持荷；再用同样的加荷速度加荷至持荷60S并在以后的并在以后的30S内记录每一侧点的变形读数内记录每一侧点的变形读数.4、混凝土弹性模量的细观力学分析、混凝土弹性模量的细观力学分析假设：假设：u混凝土为二相复合材料。它的粒子相为粗细集料或混凝土为二相复合材料。它的粒子相为粗细集料或粗集料，对应的基体相分别为砂浆和水泥石。粗集料，对应的基体相分别为砂浆和水泥石。u设复合材料的弹性模量为设复合材料的弹性模量为Ec，泊桑比为，泊桑比为c;u粒子相的粒子相的弹性模量性

49、模量为Ep，泊桑比为泊桑比为p;u基体相的基体相的弹性模量性模量为Em,泊桑比为泊桑比为m;u粒子相的体粒子相的体积率率为Vp；u基体相的体基体相的体积率率为Vm。 Vp+ Vm=14、混凝土弹性模量的细观力学分析、混凝土弹性模量的细观力学分析B.保尔保尔应用线弹性力学的极值方法分析合金（多相金属材应用线弹性力学的极值方法分析合金（多相金属材料）弹性模量的上限和下限，在料）弹性模量的上限和下限，在 c= p=m 的特殊情况下，的特殊情况下，复合材料复合材料弹性模量的性模量的上上 限限为： （用（用刚度表示的混合律）度表示的混合律）复合材料复合材料弹性模量的性模量的下限下限为： （用柔度表示的混

50、合律）（用柔度表示的混合律）4、混凝土弹性模量的细观力学分析、混凝土弹性模量的细观力学分析柔度混合律也可以写柔度混合律也可以写为：应用材料力学原理，利用并用材料力学原理，利用并联模型，假定二相具模型，假定二相具有相同的有相同的应变，可以，可以导出混合律的出混合律的刚度公式；利度公式；利用串用串联模型，假定二相具有相同的模型，假定二相具有相同的应力。可以力。可以导出混合律的柔度公式。出混合律的柔度公式。并联和串联模型图并联和串联模型图：并联和串联模型图并联和串联模型图二相复合材料的弹性模量在不考虑泊桑比的情况下的理论二相复合材料的弹性模量在不考虑泊桑比的情况下的理论上限和下限为：上限和下限为：T

51、.C.哼逊指出，这个上下限对于混凝土这样的分散体系的哼逊指出，这个上下限对于混凝土这样的分散体系的弹性模量也同样适用。并认为普通混凝土的弹性模量接近弹性模量也同样适用。并认为普通混凝土的弹性模量接近于下限，轻骨料混凝土的弹性模量接近于上限。这是因为于下限，轻骨料混凝土的弹性模量接近于上限。这是因为对于对于EmEp的硬基复合材料，以假定二相具有相同的应的硬基复合材料，以假定二相具有相同的应变为合理；而对于变为合理；而对于EmEp的软基复合材料，以假定二相的软基复合材料，以假定二相承受相同的应力为合理。承受相同的应力为合理。T.J.赫沙模型赫沙模型T.J.赫沙模型赫沙模型在粒子和基体间不存在粘结的

52、情况下，不能传递剪切在粒子和基体间不存在粘结的情况下，不能传递剪切应力，则应力，则x=0，得出混合律的柔度公式，这说明基体，得出混合律的柔度公式，这说明基体和粒子间所受的应力相同；和粒子间所受的应力相同；当当x=1时。说明粒子和基体间存在最大的结合力，两时。说明粒子和基体间存在最大的结合力，两者的应变相同。集中配合比的混凝土者的应变相同。集中配合比的混凝土x接近于接近于0.5.在分散相在分散相(粒子相粒子相)为孔隙的情况下，为孔隙的情况下，Ep=0，用上式，用上式计算，计算，Ec=0.不符合实际情况。不符合实际情况。U.J.康脱模型康脱模型模型为一边长为单位长度的立方体，中心有一立方模型为一边

53、长为单位长度的立方体，中心有一立方体的粒子为体的粒子为P,边长为边长为d. d=Vp1/3.并联模型并联模型串联模型串联模型U.J.康脱模型康脱模型对于硬基复合材料，用图中所示的并联模型推导，对于硬基复合材料，用图中所示的并联模型推导，则得：则得：在分散相为孔隙的情况下，在分散相为孔隙的情况下，Ep=0,则得；则得；U.J.康脱模型康脱模型对于软基复合材料，用图中的串联模型推导，则对于软基复合材料，用图中的串联模型推导，则得得：这个模型与这个模型与WC-Co复合合金的结果相当符合。也复合合金的结果相当符合。也可能适用于砂浆和普通混凝土。可能适用于砂浆和普通混凝土。Z.J哈欣模型哈欣模型以上公式

54、所代表的各模型中，没有一个考虑到基体以上公式所代表的各模型中，没有一个考虑到基体相和粒子相的泊桑比差异。哈欣提出了下图模型，相和粒子相的泊桑比差异。哈欣提出了下图模型，后来哼逊对此又做了发展，克服了这方面的局限性。后来哼逊对此又做了发展，克服了这方面的局限性。模型是由一个球形集料颗粒外包一层水泥石或砂浆模型是由一个球形集料颗粒外包一层水泥石或砂浆的球形外壳所组成。的球形外壳所组成。Z.J哈欣模型哈欣模型哼逊推导得：哼逊推导得：根据理论分析，各向同性材料的泊桑比可在根据理论分析，各向同性材料的泊桑比可在-1到到+0.5的范围内变化。当的范围内变化。当c= p=m =-1时，则上式上式转化化为混合

55、律柔度公式。混合律柔度公式。Z.J哈欣模型哈欣模型对于混凝土，假定c= p=m =0.2，代入哼代入哼逊公式公式则得：得：推推导这个公式的另一个假个公式的另一个假设是粒子与基体是粒子与基体间粘粘结完完好。好。这个假个假设对于砂于砂浆是合理的。是合理的。Z.J哈欣模型哈欣模型下图为砂浆弹性模量的试验值与理论计算值的相下图为砂浆弹性模量的试验值与理论计算值的相互关系。互关系。Z.J哈欣模型哈欣模型但对于普通混凝土，粗集料与砂浆间的粘结不如但对于普通混凝土，粗集料与砂浆间的粘结不如砂与水泥石子间的粘结。砂与水泥石子间的粘结。在完全没有粘结的极限情况下粒子与基体间承受在完全没有粘结的极限情况下粒子与基

56、体间承受相同的应力假设是合理的。因此普通混凝土的弹相同的应力假设是合理的。因此普通混凝土的弹性模量处于混合律柔度公式和上式计算值之间。性模量处于混合律柔度公式和上式计算值之间。对于轻集料混凝土这个公式是适用的。对于轻集料混凝土这个公式是适用的。 Z.J哈欣模型哈欣模型如果用下式计算混凝土的泊桑比如果用下式计算混凝土的泊桑比c，则可以得到比可以得到比较准确的准确的c。式中式中m为实测常数常数。对于于Ep约为7.6105Kg/cm2，p=0.22的集料和的集料和m0.25的水泥石组成的砂浆和混凝土，的水泥石组成的砂浆和混凝土，m为为0.42.混凝土的泊桑比混凝土的泊桑比为约0.11到到0.21之之

57、间，一般，一般为0.150.20。混凝土。混凝土强度越高，泊桑比越小。度越高，泊桑比越小。哼逊公式哼逊公式在分散相为孔隙的情况下，在分散相为孔隙的情况下，Ep=0，代入哼逊公式，代入哼逊公式则得则得：式中式中Vp为孔隙率，对于水泥石，为孔隙率，对于水泥石，Vm则为胶空比则为胶空比。哼逊公式哼逊公式假定水泥石和水泥石中的固相物质的泊桑比在假定水泥石和水泥石中的固相物质的泊桑比在0.2到到0.33的范围内变化，代入上式则得下列计算公的范围内变化，代入上式则得下列计算公式：式：当当c= p=m =0.2时，当当c= p=m =0.33时，实验结果实验结果下图表示水泥石弹性模量与毛细孔腔体积率的关下图

58、表示水泥石弹性模量与毛细孔腔体积率的关系。后一个公式更接近于实验结果。系。后一个公式更接近于实验结果。经验公式经验公式 当混凝土中存在由于不密实而形成的孔隙时，用当混凝土中存在由于不密实而形成的孔隙时，用下列经验公式计算得到的混凝土弹性模量较接近下列经验公式计算得到的混凝土弹性模量较接近于试验结果，即：于试验结果，即：在此情况下，基体相为密实的混凝土，分散相为在此情况下，基体相为密实的混凝土，分散相为由于不密实而形成的孔隙。由于不密实而形成的孔隙。影响静弹性模量的因素影响静弹性模量的因素 混凝土的强度愈高，静弹性模量愈大，两者存混凝土的强度愈高，静弹性模量愈大，两者存在一定的相关性。当混凝土的

59、强度等级由在一定的相关性。当混凝土的强度等级由C10C60时，静弹性模量由时，静弹性模量由1.75104 MPa增至增至3.60104MPa。影响静弹性模量的因素影响静弹性模量的因素 混凝土中骨料的弹性模量愈大，骨料与水泥的比混凝土中骨料的弹性模量愈大，骨料与水泥的比例愈大，则混凝土的静弹性模量愈大例愈大，则混凝土的静弹性模量愈大养护条件对混凝土的静弹性模量有影响，在相同养护条件对混凝土的静弹性模量有影响，在相同强度情况下，早期养护温度较低的混凝土具有较大强度情况下，早期养护温度较低的混凝土具有较大的弹性模量，因此蒸汽养护混凝土的弹性模量较具的弹性模量，因此蒸汽养护混凝土的弹性模量较具有相同强

60、度在标准条件下养护的混凝土小；有相同强度在标准条件下养护的混凝土小；影响静弹性模量的因素影响静弹性模量的因素混凝土在潮湿状态的弹性模量较干燥状态混凝土在潮湿状态的弹性模量较干燥状态的大；的大；混凝土后期的弹性模量随龄期的增长而增混凝土后期的弹性模量随龄期的增长而增大。大。5.2.5 徐变徐变1、定义、定义混凝土在长期不变荷载作用下，沿作用力方混凝土在长期不变荷载作用下，沿作用力方向随时间而产生的塑性变形，称为混凝土的向随时间而产生的塑性变形，称为混凝土的徐变。徐变。混凝土的徐变包括混凝土的徐变包括恢复性徐变恢复性徐变和和非恢复性徐非恢复性徐变变两部分。前者是一种两部分。前者是一种滞弹性现象；滞

61、弹性现象；而后者而后者可能是可能是粘性变形和塑性变形。粘性变形和塑性变形。粘性变形速度粘性变形速度与作用应力成正比，而塑性变形不存在这样与作用应力成正比，而塑性变形不存在这样的关系。的关系。徐变应变徐变应变弹性应变弹性应变弹性回复弹性回复徐变回复徐变回复不不可可逆逆徐徐变变卸卸载载2、徐变曲线、徐变曲线 规律：规律： 数值：数值： 利：利： 弊弊：最初最初数月数月内增长较快内增长较快延续延续数年数年才趋于稳定才趋于稳定 0.30.31.51.5mm/mmm/m趋于消除应力集中；降低大体积混趋于消除应力集中；降低大体积混凝土温度应力。凝土温度应力。使钢筋预应力降低。使钢筋预应力降低。2、徐变曲线

62、、徐变曲线实际工程中的徐变实际工程中的徐变混凝土的徐变与干缩共存混凝土的徐变与干缩共存。3、作用应力、作用应力混凝土的徐变与作用应力有关混凝土的徐变与作用应力有关。在作用应力在作用应力小于混凝土强度的小于混凝土强度的35-40%的情况下，的情况下，徐变徐变c与应力场正比，即：与应力场正比，即：C为比徐变。此时，作用应力与弹性变形成正比，为比徐变。此时，作用应力与弹性变形成正比，即：即：3、作用应力、作用应力由上两个公式，可得由上两个公式，可得：为为徐徐变变系数，表示混凝土徐系数，表示混凝土徐变变的特的特性性。3、作用应力、作用应力当c为为极限极限值时值时，则则徐徐变变系数用系数用表示。这时在表

63、示。这时在应力作用下的全部变形应力作用下的全部变形 为为：当作用应力超过混凝土的非连续点强度时，裂缝当作用应力超过混凝土的非连续点强度时，裂缝开始扩展。非连续点为混凝土强度的开始扩展。非连续点为混凝土强度的40%-70%。裂缝一旦扩展，徐变形状也随之改变。因此作用裂缝一旦扩展，徐变形状也随之改变。因此作用应力过大时，徐变增加的速度也增大。当作用应应力过大时，徐变增加的速度也增大。当作用应力超过混凝土强度的力超过混凝土强度的75%时，就会发生徐变破坏。时，就会发生徐变破坏。4、徐变机理、徐变机理-渗出假说渗出假说l 混凝土徐变的根源是水泥石，而水泥石的混凝土徐变的根源是水泥石，而水泥石的徐变在很

64、大程度上其具有胶体尺度的亚微徐变在很大程度上其具有胶体尺度的亚微观结构。观结构。l渗出假说认为：徐变的产生原因是凝胶粒渗出假说认为：徐变的产生原因是凝胶粒子的吸附水和层间水的的迁移。如图子的吸附水和层间水的的迁移。如图a。渗出假说渗出假说渗出假说渗出假说由上图所示，在水泥石承受压力时，吸附在凝胶粒由上图所示，在水泥石承受压力时，吸附在凝胶粒子表面的水分子，由应力高的部位向应力低的部位子表面的水分子，由应力高的部位向应力低的部位迁移。吸附水的渗出速度取决于渗出应力和毛细管迁移。吸附水的渗出速度取决于渗出应力和毛细管通道的阻力。作用应力越大，水分的渗出速度和变通道的阻力。作用应力越大，水分的渗出速

65、度和变形速度也越大，徐变也越大。形速度也越大，徐变也越大。混凝土强度取决于水泥石的密实度。密实度大的水混凝土强度取决于水泥石的密实度。密实度大的水泥石，毛细管通道的阻力也大，渗出速度和变形速泥石，毛细管通道的阻力也大，渗出速度和变形速度则小，徐变也小。度则小，徐变也小。强度大的混凝土，比徐变小。强度大的混凝土，比徐变小。水泥石的徐变还可能由于凝胶粒子的粘性流动或滑水泥石的徐变还可能由于凝胶粒子的粘性流动或滑移的原因引起。因此可以解释某些渗出假设难以解移的原因引起。因此可以解释某些渗出假设难以解释的现象。如图释的现象。如图b。5、混凝土徐变的流变模型、混凝土徐变的流变模型T.C.哼逊利用勃格尔模

66、型进行了混凝土基本徐变的分析哼逊利用勃格尔模型进行了混凝土基本徐变的分析和计算公式的推导。和计算公式的推导。勃格尔模型的结构式为勃格尔模型的结构式为：Em混凝土的弹性模量；混凝土的弹性模量；m麦克斯麦克斯韦韦体的粘性系数；体的粘性系数；Ek和和k表示徐表示徐变变的滞的滞弹弹性部分性部分恢复性徐恢复性徐变变。Ek混凝土的滞混凝土的滞弹弹性模量；性模量；k开而芬体的混凝土开而芬体的混凝土弹弹性模数性模数5、混凝土徐变的流变模型、混凝土徐变的流变模型设作用应力为设作用应力为，则则在持荷在持荷时间为时间为t时时的的总变总变形形为为：则则得：得：5、混凝土徐变的流变模型、混凝土徐变的流变模型由于由于上式

67、第一项为上式第一项为滞弹性徐变滞弹性徐变，第二项为，第二项为粘性徐变粘性徐变。5、混凝土徐变的流变模型、混凝土徐变的流变模型哼逊利用混凝土细观力学混合律推导出：哼逊利用混凝土细观力学混合律推导出：式中式中m为系数。这样：为系数。这样：Vc水泥石在混凝土中的体积率，水泥石在混凝土中的体积率，x为胶空比。为胶空比。5、混凝土徐变的流变模型、混凝土徐变的流变模型对于第二项，经假定推导为：对于第二项，经假定推导为：式中式中t1为加荷时混凝土的龄期。以天计，为加荷时混凝土的龄期。以天计，A为常数。为常数。考虑到配合比的影响考虑到配合比的影响,则写为：则写为：w/c为经过泌水校正的水灰比。为经过泌水校正的

68、水灰比。5、混凝土徐变的流变模型、混凝土徐变的流变模型因此得因此得：根据试验资料，得根据试验资料，得=3.0610-6, m=0.0333, 1=5.7 10-6. 实测值与计算值的平均偏差为实测值与计算值的平均偏差为12 16%6、混凝土徐变估计、混凝土徐变估计最简单的估计方法：假定极限徐变为一年的最简单的估计方法：假定极限徐变为一年的4/3.对早期加对早期加荷的混凝土，这个估计有荷的混凝土，这个估计有15%的波动。的波动。A.D.罗斯公式：罗斯公式：式中式中:C比徐变，比徐变，t为持荷时间，为持荷时间，a和和b为试验常数。为试验常数。t/C和和t是线性的，因此可根据试验结果确定是线性的，因

69、此可根据试验结果确定a和和b值。值。直线的斜率即为直线的斜率即为b，直线与，直线与t/C轴的交点即为轴的交点即为a。t=时，时，C=1/b,也即极限徐变为也即极限徐变为1/b。当当t=a/b时，时，C=1/2b.即当达到极限徐变的一半时，即当达到极限徐变的一半时，所需的持荷时间为所需的持荷时间为t=a/b6、影响徐变的因素、影响徐变的因素u龄期：龄期：t,徐变徐变u水灰比水灰比，徐变，徐变u水泥用量水泥用量，徐变，徐变u集料用量集料用量，徐变，徐变5.2.6疲劳特性疲劳特性疲劳破坏定义疲劳破坏定义疲劳破坏的原因疲劳破坏的原因疲劳强度疲劳强度疲劳方程疲劳方程1、疲劳破坏定义、疲劳破坏定义 混凝土

70、承受小于静力强度的应力，经过混凝土承受小于静力强度的应力，经过几几万次万次，乃至，乃至几百万次反复作用几百万次反复作用而发生破坏，而发生破坏，这种现象称为疲劳破坏。混凝土持续加荷这种现象称为疲劳破坏。混凝土持续加荷的应力达到静力强度的的应力达到静力强度的80%-90%，在某个，在某个时间以后发生破坏称之为时间以后发生破坏称之为徐变破坏徐变破坏，也是，也是一种疲劳破坏。一种疲劳破坏。2、疲劳破坏的原因、疲劳破坏的原因由于材料内部存在由于材料内部存在局部缺陷局部缺陷或或不均质不均质，在，在荷载作用下该处发生应力集中而出现荷载作用下该处发生应力集中而出现微裂微裂痕痕；应力反复作用使微裂痕；应力反复作

71、用使微裂痕逐步扩展逐步扩展，从，从而不断减少承受应力的有效面积，终于在而不断减少承受应力的有效面积，终于在反复作用一定次数后导致破坏。反复作用一定次数后导致破坏。3、疲劳强度、疲劳强度u出现疲劳破坏的出现疲劳破坏的重复应力大小重复应力大小，称为疲劳，称为疲劳强度强度f，它随应力重复作用次数的增加而降它随应力重复作用次数的增加而降低。低。u设计时所用混凝土疲劳强度值，实际上就设计时所用混凝土疲劳强度值，实际上就是将极限抗弯拉强度的计算值（是将极限抗弯拉强度的计算值（s）乘以一乘以一个小于个小于1 1的系数，作为计算混凝土路面时的的系数，作为计算混凝土路面时的允许抗弯拉强度。允许抗弯拉强度。在室内

72、对小梁试件施加不变的重复应力进行在室内对小梁试件施加不变的重复应力进行疲劳试验，并把此重复弯拉值疲劳试验，并把此重复弯拉值f同该试件在一同该试件在一次荷载作用下的极限弯拉应力次荷载作用下的极限弯拉应力s 值之比值值之比值（即（即f /s , ,称作应力比）与试件达到破坏时称作应力比）与试件达到破坏时所经受的重复作用次数所经受的重复作用次数N N点绘成一曲线，通过点绘成一曲线，通过回归分析，得出应力比和作用次数之间关系的回归分析，得出应力比和作用次数之间关系的疲劳方程。疲劳方程。4、疲劳方程、疲劳方程4、疲劳方程、疲劳方程它在半对数坐标纸上它在半对数坐标纸上N=102107之间一之间一般呈线性关

73、系，其一般形式为：般呈线性关系，其一般形式为： f /a= lgN0.90.80.70.60.5 10 102 103 10 4 105 106 107 应应力力比比f /s 重复荷载次数重复荷载次数N0.90.80.70.60.5应应力力比比f /s 10 102 103 10 4 105 106 107 0.90.80.70.60.5应应力力比比f /s 10 102 103 10 4 105 106 107 0.90.80.70.60.5应应力力比比f /s 10 102 103 10 4 105 106 107 0.90.80.70.60.5应应力力比比f /s 10 102 103

74、10 4 105 106 107 0.90.80.70.60.5应应力力比比f /s 5、疲劳曲线、疲劳曲线5.6普通混凝土的耐久性普通混凝土的耐久性抗冻性抗冻性碳化碳化碱集料反应碱集料反应耐磨性耐磨性钢筋锈蚀钢筋锈蚀混混凝凝土土内内部部的的孔孔隙隙水水在在负负温温下下结结冰冰后后体体积积膨膨胀胀造造成成的的静静水水压压力力- -静水压假说静水压假说冷冷冻冻水水蒸蒸汽汽压压的的差差别别推推动动未未冻冻水水向向冻冻结结区区的的迁迁移移造造成成的的渗渗透透压力压力- -渗透压假说渗透压假说当当这这两两种种压压力力所所产产生生的的内内应应力力超超过过混混凝凝土土抗抗拉拉强强度度时时混混凝凝土土就会产

75、生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。就会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。5.6.1 抗抗 冻冻 性性 混凝土吸水饱和后，能抵抗冻融循环作用，不破坏混凝土吸水饱和后，能抵抗冻融循环作用，不破坏的性质。的性质。1、定、定 义义2、冻溶破坏的原因、冻溶破坏的原因BackBack3、抗、抗 冻冻 性检测方法性检测方法 -GBJ-82-85GBJ-82-85执行执行执行执行 1、慢冻法、慢冻法-抗冻等级抗冻等级抗冻等级：抗冻等级： 试件：试件：150mm150mm150mm 方法：以标准养护方法：以标准养护28天龄期前4d将冻融试件 在吸水饱和后，承受反复冻融循环，抗压强度下在吸水饱和后，

76、承受反复冻融循环，抗压强度下降不大于降不大于25%25%，重量损失不超过，重量损失不超过5%5%时所能承受的最时所能承受的最大冻融循环的次数表示。大冻融循环的次数表示。 冻融温度：冻融温度：-15-20 15 +20慢冻法一个循环为慢冻法一个循环为8h。例如例如例如例如: F25: F25: F25: F25、F50F50F50F50、F100F100F100F100F300F300F300F3002、快冻法、快冻法试件试件：100mm100mm400mm龄期：龄期：28天天冻融温度：冻融温度：-17 5检测方法：每检测方法：每25次次冻融循环（冻融循环（2-4h），对试件进行），对试件进行一

77、次一次横向基频横向基频的测试并称重。当冻融的测试并称重。当冻融300次次，或相，或相对动弹性模量下降到对动弹性模量下降到60%以下以下，或，或重量损失重量损失达到达到5%，即可停止试验，测定其，即可停止试验，测定其相对动相对动弹性模量弹性模量、质质量损失率量损失率及及耐久性指数耐久性指数。2、快冻法、快冻法相对动弹性模量相对动弹性模量:式中：式中：Pn混凝土经混凝土经n次冻融循环后的相对动力弹次冻融循环后的相对动力弹性模量性模量%；f0冻融前混凝土试件的横向基振频率；冻融前混凝土试件的横向基振频率；fnn次冻融循环后混凝土试件的横向基振次冻融循环后混凝土试件的横向基振频率。频率。2、快冻法、快

78、冻法耐久性指数：耐久性指数：式中：式中：DF抗冻性耐久性指数；抗冻性耐久性指数；P相对动弹性模量，通常以相对动弹性模量，通常以60%为准，若为准，若降不到降不到60%，则以，则以300次实测值；次实测值；N相对动力特性模量达到相对动力特性模量达到60%的循环次数，若降不的循环次数，若降不到到60%，以，以300次计算。次计算。2、快冻法、快冻法耐久性指数耐久性指数40抗冻性不好；抗冻性不好；耐久性指数在耐久性指数在40 60之间之间抗冻性有疑问；抗冻性有疑问；耐久性指数耐久性指数60抗冻性满意。抗冻性满意。l抗冻标号抗冻标号当混凝土相对动弹性模量降低至小于当混凝土相对动弹性模量降低至小于60%

79、、或质量损失率达或质量损失率达5%时的循环次数，即为混凝时的循环次数，即为混凝土的抗冻标号。抗冻标号分为土的抗冻标号。抗冻标号分为D25、D50、D100、D150、D200、D250、D300等等.抗冻试验试件抗冻试验试件试验前试验后4、影响抗冻性因素、影响抗冻性因素混凝土的密实度混凝土的密实度混凝土孔隙构造及数量混凝土孔隙构造及数量保水程度保水程度水灰比水灰比龄期龄期5.6.2混凝土的碳化混凝土的碳化1、碳化危害、碳化危害（1）钢筋混凝土结构中的钢筋处于水泥石的碱性环）钢筋混凝土结构中的钢筋处于水泥石的碱性环境中，在钢筋表面形成一层钝化薄膜境中，在钢筋表面形成一层钝化薄膜，钝化薄膜，钝化薄

80、膜能保护钢筋免于锈蚀，如果钢筋的碱性环境由于能保护钢筋免于锈蚀，如果钢筋的碱性环境由于碳化而成呈中性，则钝化膜破坏，从而导致钢筋碳化而成呈中性，则钝化膜破坏，从而导致钢筋锈蚀。锈蚀。（2）碳化作用生成碳酸钙、硅胶、铝胶及游离水，）碳化作用生成碳酸钙、硅胶、铝胶及游离水，从而引起收缩，在混凝土表面产生拉应力，如果从而引起收缩，在混凝土表面产生拉应力，如果拉应力超过混凝土的抗拉强度，则会产生微细裂拉应力超过混凝土的抗拉强度，则会产生微细裂纹，细裂纹的产生导致混凝土抗拉、抗折强度的纹，细裂纹的产生导致混凝土抗拉、抗折强度的降低。降低。（3）碳化作用能产生游离水，有助于水泥的水化作）碳化作用能产生游离

81、水，有助于水泥的水化作用，因此使混凝土的抗压强度提高。用，因此使混凝土的抗压强度提高。2、混凝土碳化的影响因素、混凝土碳化的影响因素（1）水泥的品种与掺混和材的数量。）水泥的品种与掺混和材的数量。（2）水灰比。）水灰比。（3）环境条件。）环境条件。（4）外加剂。）外加剂。（5）其它如施工质量、集料种类及混凝土表）其它如施工质量、集料种类及混凝土表面是否有涂层等皆对碳化速度有一定影响。面是否有涂层等皆对碳化速度有一定影响。3、混凝土碳化的改善措施、混凝土碳化的改善措施（1）在钢筋混凝土结构中，采用适当厚度的）在钢筋混凝土结构中，采用适当厚度的混凝土保护层，使碳化深度在建筑物设计年混凝土保护层，使

82、碳化深度在建筑物设计年限内达不到钢筋表面，使钢筋免于因混凝土限内达不到钢筋表面，使钢筋免于因混凝土碳化锈蚀；碳化锈蚀；（2）根据工程所处环境及使用条件，合理选）根据工程所处环境及使用条件，合理选择水泥品种；择水泥品种；（3）使用减水剂，以改善混凝土和易性，提）使用减水剂，以改善混凝土和易性，提高混凝土密实度；高混凝土密实度；3、混凝土碳化的改善措施、混凝土碳化的改善措施（4）采用水灰比小，单位水泥用量大）采用水灰比小，单位水泥用量大的混的混凝土配合比；凝土配合比；（5）加强施工质量控制，加强养护，保证振）加强施工质量控制，加强养护，保证振捣质量，减少或避免混凝土出现蜂窝等质捣质量，减少或避免混

83、凝土出现蜂窝等质量事故；量事故；（6）在混凝土表面刷涂料或水泥砂浆抹面，）在混凝土表面刷涂料或水泥砂浆抹面，防止二氧化碳的侵入等。防止二氧化碳的侵入等。碱碱-集料反应集料反应 5.6.2碱碱-集料反应集料反应当水泥碱量较高时，在有水存在的条件，水泥当水泥碱量较高时，在有水存在的条件，水泥中的碱与混凝土集料中的某些活性集料发生化中的碱与混凝土集料中的某些活性集料发生化学反应，使混凝土发生不均匀膨胀，导致混凝学反应，使混凝土发生不均匀膨胀，导致混凝土出现裂缝，强度和弹性模量下降等威胁到工土出现裂缝，强度和弹性模量下降等威胁到工程的安全使用。这就是碱程的安全使用。这就是碱-集料反应。集料反应。一、定

84、义一、定义二、二、碱碱-集料反应的种类和特点集料反应的种类和特点 碱-硅酸（集料）反应 碱-硅酸盐反应 碱-碳酸盐反应种类种类1、碱、碱-硅酸盐反应硅酸盐反应u定义定义：指活性集料如蛋白石、玉髓、鳞石英、方石指活性集料如蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英、流纹岩、安山岩及凝灰岩等与碱起反英、流纹岩、安山岩及凝灰岩等与碱起反应而造成的膨胀破坏。这种反应简称为应而造成的膨胀破坏。这种反应简称为“碱碱-硅硅”反应。反应。u 碱碱-硅酸盐反应硅酸盐反应特特点点：1、混凝土表面产生杂乱的网状裂缝；、混凝土表面产生杂乱的网状裂缝；2、活性集料周围出现反应环；、活性集料周围出现反应环；3、在裂缝及附近孔隙中，有硅

85、酸钠（钾）凝胶，、在裂缝及附近孔隙中，有硅酸钠（钾）凝胶，其失水后可硬化或粉化。其失水后可硬化或粉化。1、碱、碱-硅酸盐反应硅酸盐反应定义定义：沉积岩或变质岩中某些硅酸盐岩石，：沉积岩或变质岩中某些硅酸盐岩石，如页岩、千枚岩、泥质石英岩等与碱起反应而如页岩、千枚岩、泥质石英岩等与碱起反应而造成的膨胀破坏。造成的膨胀破坏。特点特点：1.膨胀速度非常缓慢，但却不停顿的进行，最膨胀速度非常缓慢，但却不停顿的进行，最后导致混凝土的严重破坏。后导致混凝土的严重破坏。2.在裂缝及附近孔隙中通常有硅酸钠（钾）凝在裂缝及附近孔隙中通常有硅酸钠（钾）凝胶。胶。3.有些岩石虽产生显著膨胀，但几乎没有凝胶。有些岩石

86、虽产生显著膨胀，但几乎没有凝胶。2、碱硅酸盐反应、碱硅酸盐反应2、碳硅酸盐反应、碳硅酸盐反应集料中某些微晶或隐晶的碳酸盐岩石，如集料中某些微晶或隐晶的碳酸盐岩石，如某些方解石质的白云岩和白云石的石灰岩某些方解石质的白云岩和白云石的石灰岩等与水泥中的碱和水起反应，产生体积膨等与水泥中的碱和水起反应，产生体积膨胀破坏。胀破坏。三、三、碱碱-集料反应的必要条件集料反应的必要条件 （1）水泥中含有较高的水泥中含有较高的碱量碱量（R2O大于0.6%）；）；（2）混凝土中存在）混凝土中存在活性集料活性集料并超并超过一过一定数量；定数量；（3）存在）存在水水分分。四、碱集料反应机理四、碱集料反应机理1、碱、

87、碱-硅酸反应机理硅酸反应机理2NaOH+SiO2+nH2ONa2OSiO2nH2O随酸碱类成胶体状，并从周围介质中吸水膨随酸碱类成胶体状，并从周围介质中吸水膨胀（体积可增大三倍），当其膨胀受到水胀（体积可增大三倍），当其膨胀受到水泥石的限制而发生较大的膨胀压力和渗透泥石的限制而发生较大的膨胀压力和渗透压力时，就会使混凝土产生裂缝和崩坏。压力时，就会使混凝土产生裂缝和崩坏。2、碱、碱-硅酸盐反应机理硅酸盐反应机理CaMg（CO3）2+2ROHMg（OH）2+CaCO3+R2CO3R2CO3+Ca（OH）22ROH+CaCO3式中：式中：R代表钾和钠，是水泥中的碱分。经计代表钾和钠，是水泥中的碱分。经计算，白云石变成水镁石，其体积增加算，白云石变成水镁石，其体积增加239%，足以，足以造成混凝土的破坏。造成混凝土的破坏。