第四章 体积稳定性优秀PPT.ppt

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1、第四章 体积稳定性第一页，本课件共有72页干燥收缩导致开裂-龟（jun）裂第二页，本课件共有72页第三页，本课件共有72页第四页，本课件共有72页裂缝是混凝土建筑物最常见的病害之一。裂缝是材料的不连续现象，属于物理性病害，是水工混凝土耐久性的首要影响因素。裂缝的出现，多数在施工期就存在，有的虽然在施工期以后，也多在运行初期510年以内，不是由于运行期长工程老化问题，而是早期的问题。裂缝的存在直接导致混凝土抗拉性能的降低，裂缝也会引导有害物质进入混凝土内部，造成钢筋锈蚀，甚至混凝土结构破坏。第五页，本课件共有72页混凝土变形的种类和意义Thermal shrinkage-温度收缩Drying s

2、hrinkage-干燥收缩Chemical shrinkage-化学收缩Carbonation shrinkage-碳化收缩Creep and stress relaxation-徐变和应力松弛第六页，本课件共有72页水泥水化的主要反应第七页，本课件共有72页成分OPC中典型含量水化产物水 化 水（g/gsolid）HhydrationJ/g(dry)C3S55C-S-H,CH0.24-517C2S20C-S-H,CH0.21-262C3A6单硫型硫铝酸盐0.80-1144钙矾石2.13-1672C4AF9C6AFH120.37-148CaSO4(可 溶性硬石膏)0.26-200CaSO4(不

3、 可溶性硬石膏)50.26-124CaSO4.0.5H2OCaSO4.2H2O0.19-104Na,K2SO41-CaOCH0.32-1166典型的OPC0.30-500波特兰水泥各成分的水化反应及其放热第八页，本课件共有72页反应完全水化的H(J/g)单矿物熟料测定值水泥测定值计算值测定值C3S CSH+CH380500570490C2S CSH+CH170250222605C3A C4AH13+C2AH81260 C3AH6900880840 单硫铝酸盐1340C4AF C3(A.F)H520420335 单硫形铁铝酸盐460各种矿物的水化热理论值与测定值第九页，本课件共有72页不同龄期的

4、矿物水化热矿物各龄期水化热，J/g3d90d13yC3S58.4104122C2S124259C3A212311324C4AF6998102第十页，本课件共有72页单矿物净浆试体的抗压强度(MPa)矿物3d28d180d365C3S31.645.750.257.3-C2S2.354.1218.931.9C3A11.612.200C4AF29.437.748.358.3-黄士元等，近代混凝土技术，陕西科学技术出版社，西安：1988.10 2223第十一页，本课件共有72页 水泥水化过程中的体积变化第十二页，本课件共有72页化学收缩v化学收缩时由化学反应引起的收缩。它包括：水化收缩、结晶收缩、碳化

5、收缩和晶型转化收缩。v水泥在水化过程中，由于无水熟料矿物转化为水化物，所以，水化后的固相体积比水化前大的多，但对水泥-水体系的总体积来说，是减小的，其总体积约减少7%。第十三页，本课件共有72页具体计算方法以-C2S为例：2C2S+4H2O2C2S4H2O克分子量172.372244.3密度(g/cm3)3.281.002.13克分子体积52.572114.7体系的体积变化：124.5114.7固相体积增加率=(114.7-52.5)/52.5x100%=118%第十四页，本课件共有72页2C3S +6H=C3S2H3+CH密度3.141.002.442.23分子量228.2318.02342

6、.4874.10摩尔体积72.7148.02140.4033.23体系中所占体积145.41108.12140.4099.69C3S 水化前后体积的变化253.53240.0913.45第十五页，本课件共有72页反应前后的体积变化v反应前总体积253.53，反应后总体积240.09，减少了13.45，相当于总体积减少了5.31；v固相体积：反应后/反应前165.11；v其它矿物表现出相似的规律第十六页，本课件共有72页序反应式分子量（g）密度（g/cm3）绝对体积（cm3）固相绝对体积（cm3）绝对体积变化（cm3）反应前反应后反应前反应后体系固相12C3S+6H=C3S2H3+3CH456.

7、6108.2342.5222.33.151.002.712.23253.1226.1145.0226.1-10.67+55.9322C2S+4H=C3S2H3+CH344.672.1342.574.13.261.002.712.23177.8159.6105.7159.6-10.2+50.993C3A+33CaSO4+25H=C3A3CaSO4H31270.2516.5450.41237.13.042.321.001.79761.91691.11311.51691.11-9.29+121.864C3A+6H=C3AH6270.2108.1378.33.041.002.52196.98150.1

8、188.88150.11-23.79+68.89第十七页，本课件共有72页vC3A的减缩量最大，达到23.79，固相体积膨胀量也最大，121.86达到；v水泥完全水化时，总体积约减少6左右；v固相体积增加，水化物占据原来的充水空间；v1立方米混凝土约用300公斤水泥，则最大的减水率可达到1.8；第十八页，本课件共有72页Creep-徐变徐变-在给定荷载下，材料的变形随着时间的延长而增加的现象称为徐变。徐变引起应力的损失徐变引起应力的损失-应力松弛应力松弛 有利-延缓混凝土结构的开裂！不利-预应力混凝土中应力损失！第十九页，本课件共有72页第二十页，本课件共有72页4.2 混凝土的弹性模量混凝土

9、的弹性模量 引言 测试 材料 泊松比 复合材料模型 第二十一页，本课件共有72页引言 弹性行为 应力/MPa 应变,10-6 骨料 混凝土 水泥浆体 图图 水泥浆体、骨料、混凝土的 典型应力-应变行为 混凝土非线性的应力应变关系水泥浆体、骨料水泥浆体、骨料和混凝土典型的和混凝土典型的应力应力-应变曲线应变曲线第二十二页，本课件共有72页引言(1)30%极限应力(2)50%极限应力(3)75%极限应力(4)破坏应力 应变 应力(极限百分比)界面过渡区的微裂缝 单轴压缩下混凝土应力-应变表现的示意图 第二十三页，本课件共有72页各种不同的弹性模量含义各种不同的弹性模量含义第二十四页，本课件共有72

10、页第二十五页，本课件共有72页抗弯弹性模量挠度荷载间距惯性力矩第二十六页，本课件共有72页测试 应变 应力 弹性模量的种类 割线E的计算值(基于第三条曲线)混凝土A 混凝土B 混凝土C 第二十七页，本课件共有72页弹性模量计算经验公式American Society for Testing and Materials-美国材料与试验协会美国材料与试验协会 第二十八页，本课件共有72页ASTM介绍vASTM前身是国际材料试验协会（International Association for Testing Materials,IATM）。v19世纪80年代，为解决采购商与供货商在购销工业材料过程中

11、产生的意见和分歧，有人提出建立技术委员会制度，由技术委员会组织各方面的代表参加技术座谈会，讨论解决有关材料规范、试验程序等方面的争议问题。vIATM首次会议于1882年在欧洲召开，会上组成了工作委员会。当时，主要是研究解决钢铁和其它材料的试验方法问题。v在1898年6月16日，有70名IATM会员聚集在美国费城，开会成立国际材料试验协会美国分会。1902年在国际材料试验协会分会第五届年会上，宣告美国分会正式独立，取名为美国材料试验学会（American Society for Testing Materials）。随着其业务范围的不断扩大和发展，学会的工作中心不仅仅是研究和制定材料规范和试验方

12、法标准，还包括各种材料、产品、系统、服务项目的特点和性能标准，以及试验方法、程序等标准。1961年该组织又将其名称改为延用至今的美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials,ASTM）。第二十九页，本课件共有72页第三十页，本课件共有72页Comite Euro-International du Beton(CEB)and the Federation Internationale de la Precontrainte(FIP).欧洲混凝土协会欧洲混凝土协会国际预应力联合会国际预应力联合会(CEB-一一FIP)第三十一页，本课件共有

13、72页材料的影响 水灰比 骨料种类 骨料含量 第三十二页，本课件共有72页影响混凝土弹性模量的因素 试件的潮湿状态试件的潮湿状态和加荷条件和加荷条件 水泥浆基体的弹性模量 界面过渡区的组成和孔隙率 骨料的弹性模量 体积分数 孔隙率 孔隙率 试验参数 水泥浆基体 界面过渡区 骨料 影响混凝土弹性模量的不同参数 第三十三页，本课件共有72页实验结果 弹性模量/GPa 抗压强度/MPa 弹性模量与混凝土强度之间的关系第三十四页，本课件共有72页泊松比 有多少弹性模量能表征单一材料？第三十五页，本课件共有72页荷载和相对湿度对干燥收缩粘弹性行为的影响荷载和相对湿度对干燥收缩粘弹性行为的影响徐变应力松弛

14、第三十六页，本课件共有72页干燥收缩非限制状态干燥收缩限制状态干燥收缩恒应变徐变+干燥收缩第三十七页，本课件共有72页干燥收缩+应力松弛（限制状态）干燥收缩+应力松弛（恒应变状态）第三十八页，本课件共有72页图图 4.8 干燥收缩的可恢复性干燥收缩的可恢复性第三十九页，本课件共有72页徐变的可恢复性第四十页，本课件共有72页砼干缩与水泥浆干缩的关系：砼徐变与水泥浆体徐变的关系：忽略未水化水泥颗粒后：第四十一页，本课件共有72页骨料含量对混凝土干缩和徐变的影响骨料含量对混凝土干缩和徐变的影响第四十二页，本课件共有72页骨料类型对混凝土干缩和徐变的影响骨料类型对混凝土干缩和徐变的影响第四十三页，本

15、课件共有72页水泥用量和水灰比对干缩和徐变的影响第四十四页，本课件共有72页干缩和徐变与时间的依存性干缩和徐变与时间的依存性第四十五页，本课件共有72页相对湿度对干缩和徐变的影响相对湿度对干缩和徐变的影响第四十六页，本课件共有72页试件尺寸和相对湿度对徐变和干缩的影响试件尺寸和相对湿度对徐变和干缩的影响第四十七页，本课件共有72页温度对混凝土徐变的影响温度对混凝土徐变的影响在应力值达到其强度的在应力值达到其强度的70%时，环境温度从时，环境温度从21度升高到度升高到70度，混凝土度，混凝土徐变增大徐变增大3-5倍。倍。第四十八页，本课件共有72页应应力力水水平平对对徐徐变变的的影影响响第四十九

16、页，本课件共有72页高应力水平下，计算徐变的修正系数表高应力水平下，计算徐变的修正系数表第五十页，本课件共有72页由于徐变引起的应力松弛计算公式由于徐变引起的应力松弛计算公式第五十一页，本课件共有72页温度收缩温度收缩第五十二页，本课件共有72页第五十三页，本课件共有72页第五十四页，本课件共有72页第五十五页，本课件共有72页第五十六页，本课件共有72页第五十七页，本课件共有72页第五十八页，本课件共有72页第五十九页，本课件共有72页第六十页，本课件共有72页第六十一页，本课件共有72页复合材料 讨论需求 介绍各种模型 第六十二页，本课件共有72页并联模型 串联模型 希尔施模型 汉森模型

17、Counto模型 传统的混凝土两相模型 第六十三页，本课件共有72页从了解并联模型开始 平衡方程 相容性方程 本构关系 并联模型 第六十四页，本课件共有72页合并方程：或用体积来表示 第六十五页，本课件共有72页串联模型 串联模型 第六十六页，本课件共有72页为了增加一些复杂性 储存的总应变能W为：或 其中 第六十七页，本课件共有72页并联模型假设两相复合材料中每一相的应变相同。因此，储存的总能量为：其中，下标1和2表示相。因复合材料的应变能公式与等效匀质性介质的应变能公式等同，得到如下有效体积模量表达式：第六十八页，本课件共有72页串联模型假设各相的应力状态为相同的静水压力，大小为P。复合材料储存的总能量为：有效体积模量可由下式得到 第六十九页，本课件共有72页骨料体积分数 弹性模量(GPa)键合的重要性 第七十页，本课件共有72页对一个模量为E0、泊松比为v0、含体积分数为c球状孔的固体，其总模量E见以下公式：第七十一页，本课件共有72页孔隙率(%)球体 宽长比1/5 宽长比1/10 宽长比1/20 弹性模量 孔隙对弹性模量影响更一般的处理，是假设孔隙为高宽比固定的扁球体 第七十二页，本课件共有72页