混凝土与砂浆硬化混凝土性能.pptx

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1、1 1、强度的几个基本概念 立方体抗压强度国家标准规定：制作边长为国家标准规定：制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件的立方体试件，在标准条件(20 2 C，相对湿度，相对湿度95%)下，养护到下，养护到28天龄期，测得的抗压强度天龄期，测得的抗压强度值称为值称为混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度，以，以“fcu”表示。表示。国家规范规定：用尺寸为国家规范规定：用尺寸为150 mm 150 mm 150 mm 150 mm 300mm300mm的标准棱柱体试件，的标准棱柱体试件，按规定方法成型、标准条件下养护按规定方法成型、标准条件下养护2828天，测得的抗压强度为轴心抗压天，测得

2、的抗压强度为轴心抗压强度，以强度，以fcfc表示；表示；1 轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度是工程结构设计的依据；轴心抗压强度与立方体抗压强轴心抗压强度是工程结构设计的依据；轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系：度的关系：fc=(0.7fc=(0.7 0.8)fcu0.8)fcu；换算系数与混凝土强度有关，强度；换算系数与混凝土强度有关，强度越高，系数越小；越高，系数越小；第1页/共121页强度的几个基本概念 轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度（混凝土轴心抗拉强度（ft）不宜直接测量，通过间接测定劈裂抗拉强）不宜直接测量，通过间接测定劈裂抗拉强度度(fts)换算得到。换算系数可由试验确定。换算得

3、到。换算系数可由试验确定。1 抗折强度抗折强度根据根据GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准普通混凝土力学性能试验方法标准规定，采规定，采用用3分点抗折试验方法。分点抗折试验方法。第2页/共121页强度的几个基本概念 强度等级1 实际强度实际强度根据混凝土立方体强度标准值根据混凝土立方体强度标准值(MPa)划分的等级，以符号划分的等级，以符号C+混凝土立混凝土立方体强度标准值方体强度标准值(fcu,k)表示。表示。将试件在实际工程的温湿度条件下养护将试件在实际工程的温湿度条件下养护28天，测得的立方体试件强度，天，测得的立方体试件强度，作为混凝土施工质量控制和验收依据。作

4、为混凝土施工质量控制和验收依据。1 强度标准值强度标准值 用标准试验方法测得的一组若干个强度值的总体分布中的某一个值，用标准试验方法测得的一组若干个强度值的总体分布中的某一个值，低于该值的百分率不超过低于该值的百分率不超过5%,该强度值称为该强度值称为强度标准值强度标准值。以。以“fcu,k立方立方体抗压强度标准值体抗压强度标准值”或或“fcu,k轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值”表示表示第3页/共121页 0 yx第4页/共121页如何求得立方体抗压强度标准值的？例如：一组试件的立方体抗压强度值分别为32.1,37.5,35.1,38.2,40.2,29.5,43.1,42.3,40.6

5、,30.2,32.5,37.4,38.1,37.4,36.4,33.8,35.8,36.2,37.9,39.2(MPa)，共有20个数据。第5页/共121页混凝土强度试验 混凝土的强度是通过对试件进行强度试验获得的。混凝土的强度试验有：抗压试验l单轴受压 混凝土受单方向压力作用,工程中采用的强度一般是单轴抗压强度；l多轴向受压 混凝土受多方向压应力作用抗拉试验l直接拉伸试验l劈裂试验l抗弯试验第6页/共121页抗压强度试验 试件形状与尺寸几何形状有立方体、棱柱体和圆柱体，我国以立方体试件为主；立方体试件的边长有100mm、150mm、200mm三种；当骨料的Dmax20mm 时，可采用100m

6、m当骨料的Dmax40mm 时，可采用150或200mm。PP第7页/共121页PPfd=P/A横截面积为A轴心直拉试验Tension Testing直接轴心抗拉直接轴心抗拉试验试验很困难很困难J荷载作用线难以与试件轴线保持重合，发生偏心；J难以保证试件在受拉区断裂。抗拉强度试验第8页/共121页直拉试验第9页/共121页混凝土受拉伸 第10页/共121页单轴拉伸作用下混凝土的行为 混凝土的应力-应变曲线、弹性模量和波松比均与单轴受压作用条件下的类似，但是因为在这种应力状态下抑制裂缝发展的可能性小得多，裂缝从扩展开始到失稳的过程短暂，呈现十分明显的脆性断裂。第11页/共121页劈裂抗拉1 劈裂

7、抗拉试验劈裂抗拉试验J试件：边长为150mm的立方体试件或圆柱体试件J原理：在试件的相对的表面素线上作用均匀分布的压应力，从而在竖向平面内产生均匀拉伸应力抗拉强度试验第12页/共121页fs 劈拉强度计算：fts=2P/a2=0.637(P/a2)a：立方体试件的边长;PPa受 拉fs第13页/共121页1四点弯拉试验四点弯拉试验J 试件：150150600(或550)mm3的梁式试件J 按三分点加荷进行弯曲试验，在试件下方产生拉伸应力抗拉强度试验第14页/共121页P L/3 L/3 L/3 fb拉 压1根据材料力学理论合线根据材料力学理论合线弹性应力应变分析，试件断裂是的最大拉伸应力为：弹

8、性应力应变分析，试件断裂是的最大拉伸应力为：fb=PL/bd2 (bd=试件的截面积试件的截面积)第15页/共121页2、混凝土受压破坏机理 混凝土受压破坏过程 是内部裂缝的发生、扩展直致连通的过程，也是混凝土内部固体相结构从连续到不连续的发展过程。受力状态：由于粗骨料的强度和弹性模量大于水泥石的，在混凝土承受单向受压时，使骨料的上下两面产生压应力；而在骨料侧面则产生拉应力；由于力的传递在骨料的上下面形成一锲形，因而在契形两侧的水泥石还受到剪应力，而在裂缝的尖端会产生很大的应力集中。第16页/共121页第17页/共121页混凝土试件受压时内部裂缝扩展情形第18页/共121页混凝土受压破坏的三种

9、形式 骨料强度小于水泥石强度，则骨料劈裂破坏；水泥石发生拉伸或剪切破坏；水泥石与骨料的界面之间的粘结破坏。第19页/共121页普普通通混混凝凝土土第20页/共121页剪切粘结破坏混凝土试件单轴受压第21页/共121页水泥石剪切破坏第22页/共121页 裂缝的扩展 混凝土抗拉强度较低，而裂缝尖端的应力集中和受拉区所受的拉应力远远超过其抗拉强度，导致裂缝在较低的压应力水平下扩展和产生。原始裂缝存在的原因：水泥水化收缩导致骨料与水泥石之间和水泥石内部产生微裂缝；由于水泥石与粗骨料的弹性模量的差异，温湿度的变化而导致产生界面微裂缝；混凝土拌和物的泌水现象，导致骨料下部形成水囊，干燥后即为界面裂缝。混凝

10、土内部界面区对于混凝土受压破坏很重要混凝土受压破坏机理第23页/共121页混凝土中的界面过渡区 研究混凝土的力学行为，将混凝土材料作为三相复合体是很有帮助的:硬化水泥浆水泥石骨料界面过渡区(TZ)1 过渡区特征过渡区特征J过渡区以厚度约为10-15 m的薄壳存在于粗骨料的周围；J过渡区比混凝土中其它两相硬化水泥浆和骨料都弱，是混凝土中最薄弱的组份，所以虽然尺寸小，但对混凝土的力学行为影响很大；J在混凝土浇灌好后，在粗骨料周围形成一层水膜，导致粗骨料周围的水灰比大于整体水泥浆，所以界面过渡区多孔，且钙矾石和羟钙石都呈取向性大晶体颗粒。第24页/共121页混凝土过渡区结构骨 料C-S-H钙矾石CH

11、第25页/共121页裂缝扩展的路径和方向骨 料水泥石骨料周围的界面区普通混凝土的微结构裂缝沿界面区扩展第26页/共121页过渡区的重要性一般认为，因为过渡区的存在，所以.混凝土在受拉是脆性的，而受压时又相当强韧；混凝土的拉伸强度只有抗压强度的1/20；在水灰比相同时，砂浆的强度大于混凝土的强度；硬化水泥浆和骨料是弹性体，而混凝土不是；在相同水灰比时，砂浆的渗透性只有混凝土的1/100。故，过渡区是故，过渡区是“链的最薄弱环节链的最薄弱环节”，一般，一般认为是混凝土强度的认为是混凝土强度的“限制相限制相”；第27页/共121页 改善过渡区的措施：改善和易性，减少泌水；提高混凝土体积稳定性；低水灰

12、比（w/c）；掺加超细矿物掺合料(很大比表面积)；选用骨料的种类；第28页/共121页 混凝土、砂浆和水泥浆体的应力-应变曲线第29页/共121页3、混凝土强度的影响因素 混凝土的强度fc随着龄期和养护不断增长，主要有三方面的影响因素：组成材料的特性与配合比（内在因素）浇灌与养护条件（温湿度、时间）生产工艺与条件此外，强度试验参数影响到测试值。第30页/共121页水泥品种龄期养护条件外加剂水化度水灰比凝胶结构与组成孔隙率含水量水泥石强度骨料质量表面特征化学组成骨料用量粒径弹 模水泥石骨料粘结力混凝土混凝土强度强度生产因素混凝土强度的影响因素图解第31页/共121页材料的强度与材料组成、材料结构

13、的密切关系J组成影响因素：水泥、骨料和水及其特性与掺量；J结构影响因素：组成材料及其分布、生产工艺与条件、浇灌与养护制度等。分析和掌握的思路：第32页/共121页主要影响因素主要影响因素水灰比水泥品种骨料品种、最大粒径与级配水灰比、水泥及骨料的综合影响拌合水外加剂(化学外加剂、矿物外加剂)养护时间与条件龄期的影响试件、试验参数的影响第33页/共121页水灰比的影响水泥水化所需的水量远少于为保证混凝土拌和物和易性所需的水量，剩余水将在混凝土中留下大量孔隙，而材料强度与孔隙率呈指数函数关系；硬化水泥浆体强度-毛细孔隙率关系第34页/共121页混凝土强度与水灰比符合“Abrams 定律”：水灰比水灰

14、比(W/C)：fc K1/K2w/cK1、K2 为常数，与龄期、组成材料及测定方法等因素有关。为常数，与龄期、组成材料及测定方法等因素有关。1混凝土的强度随着水灰比的减小而增加；当混凝土的强度随着水灰比的减小而增加；当 w/c 0.5 降低到0.150.30；混凝土抗压强度从30MPa 提高到200800MPa！back外加剂的影响影响第45页/共121页浇灌与养护条件的影响新拌混凝土的和易性捣实程度与养护条件硬化混凝土的微结构硬化混凝土的强度第46页/共121页养 护 Curing混凝土硬化过程中，人为地变化混凝土体周围环境的温度与湿度条件，使其微结构和性能达到所需要的结果，称为对混凝土的养

15、护 温度 湿度 分析思路：水泥矿物的水化反应与温度、湿度的关系？混凝土致密、均匀的微结构形成与温、湿度的关系？第47页/共121页混凝土强度与湿养护混凝土连续湿养护有利于混凝土强度的发展湿养护的措施：喷洒水浴用砂、木屑或薄膜覆盖第48页/共121页混凝土强度与湿养护时间timein air entire timemoist cured entire timein air after 3 daysin air after 7 daysStrength28100%第49页/共121页第50页/共121页混凝土强度与浇灌与养护温度 三种情形:I.浇灌和养护温度相同.温度越高，强度增长越快，为什么？I

16、I.不同温度下浇灌，常温下养护 养护温度相同时，浇灌温度越高，混凝土后期强度(180天)越低。III.常温下浇灌，不同温度下养护 养护温度越低，强度越低。第51页/共121页混凝土连续在21C下养护28天的试样强度的百分率(%)第52页/共121页 混凝土在指定的温度下浇灌密封放置混凝土在指定的温度下浇灌密封放置2 2小时后，再在小时后，再在2121 C C下养护到测试龄下养护到测试龄期期第53页/共121页说明：混凝土在说明：混凝土在21C下浇灌并放置下浇灌并放置6小时后，小时后，再在指定温度下养护至测试龄期再在指定温度下养护至测试龄期第54页/共121页1养护温度越低，强度越低；养护温度越

17、低，强度越低；1养护温度比浇灌温度更重要养护温度比浇灌温度更重要!1冬天施工的混凝土必须采取措施保暖一段时间。冬天施工的混凝土必须采取措施保暖一段时间。1微观研究表明：较低温度的养护可以使得水泥石微观研究表明：较低温度的养护可以使得水泥石的结构致密、均匀。为什么？的结构致密、均匀。为什么？浇灌与养护温度影响概括back第55页/共121页龄期的影响混凝土强度在最初37d增长较快，然后逐渐缓慢下来。其随养护龄期的增长大致符合对数函数关系：fcu,n/fcu,a=lg n/lg a 式中：fcu,n n天龄期混凝土的抗压强度；fcu,a a天龄期混凝土的抗压强度；第56页/共121页养护龄期对混凝

18、土强度的影响back第57页/共121页试件与试验参数对强度测试值的影响A.试件形状；B.试件尺寸；C.表面处理；D.加载时间（加荷速度）；E.试验机的刚度等。上述因素影响强度试验值，而不是实际混凝土强度！第58页/共121页试件尺寸的影响试件尺寸越大，混凝土强度测试值越偏低；试件尺寸越小，混凝土强度测试值越偏高；相对强度()试件尺寸(cm)0 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90其原因：环箍效应，尺寸小，环箍效应明显缺陷概率，尺寸大，缺陷概率大第59页/共121页试验参数的影响含水状态:试验时，要求试件是湿状态；干燥试件比饱水试件强度高20 to 25%原因:水泥石内部

19、不连续压力的存在加荷条件：恒定加荷速度加荷速度越快，测试值越高，反之亦然。原因：材料对外加荷载的响应back第60页/共121页如何使得混凝土具有所需的强度三条技术途径：原材料的选择配合比设计浇灌和养护水泥品种与强度等级；骨料品种、粒径、级配；外加剂水灰比；砂率；用水量或胶凝材料用量温度；湿度；时间第61页/共121页问题？1.试从混凝土受压破坏过程，分析混凝土强度与水泥强度等级、水灰比的关系？2.为什么早期温度高，混凝土早期强度高，但后期强度低？而早期温度低，虽然早期强度低，但后期强度高？3.早期干燥对混凝土抗压强度有何影响？为什么？4.为什么混凝土强度的测量要用标准试件、标准养护条件、标准

20、加荷速度？第62页/共121页二、混凝土的尺寸稳定性硬化混凝土的变形来自两方面：环境因素(温、湿度变化)和外加荷载因素，因此有：非荷载作用下的变形 收缩变形膨胀变形荷载作用下的变形 弹性变形非弹性变形长期荷载作用徐变思考：如何减小或消除这些变形的负面影响第63页/共121页1、非荷载作用下的变形干燥收缩自收缩温度变形back第64页/共121页湿胀干缩变形定义：湿度变化所引起的混凝土体积变形湿胀干缩，主要原因是水泥石中的凝胶水和毛细孔水的变化引起的。水泥石和混凝土的收缩行为水泥石在水中连续浸泡，产生相当小的连续膨胀；第1次干燥时，收缩最大，其收缩值有部分是不可逆的，即再次吸水不能恢复。试验证明

21、：相对湿度为70%的空气中的收缩值为水中膨胀值的6倍，相对湿度为50%，为8倍。混凝土的湿胀干缩变形重要的是干缩变形，因在约束下的收缩将导致混凝土开裂。第65页/共121页连续浸泡连续浸泡下的湿胀下的湿胀不可逆收缩可逆收缩应变膨胀收缩第1次干燥时间水泥石或混凝土在干湿循环下的变形行为第66页/共121页混凝土的干缩机理干缩来自材料内部水的损失，二者的关系如图所示，收缩值随着水的损失变化的斜率不一致。环境湿度不同，有以下几种不同的干缩机理：毛细张力 毛细孔和较大的凝胶孔中的自由水因大气水蒸气压降低而蒸发时，表面张力增加，产生拉伸应力，使得孔壁受压而收缩；分离压 水泥石中的凝胶孔中的吸附水使得孔壁

22、间存在分离压力(湿胀的原因),因干燥而吸附水损失时，将降低孔壁的分离压，引起整体收缩；层间可挥发水的迁移 第67页/共121页毛细水吸附水分离压0510152025-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0水损失对水灰比为0.5的水泥石干缩的影响变形百分率(%)水损失量（质量百分数%)第68页/共121页干燥收缩的危害1路面板、桥面板、机场道面、停车场等暴露面积大且厚度较小的结构物干缩最为显著；1当混凝土的干燥收缩受到约束时，将导致裂缝，影响混凝土的强度和耐久性。第69页/共121页混凝土干缩的影响因素混凝土组成与配合比混凝土的干缩小于水泥石，因此，骨料体积含量越大，干缩越

23、小：cp(1-Vg)n (n1.21.7)水泥用量 水灰比一定时，水泥用量越多，干缩越大；用水量 水泥用量一定时，用水量越多，干缩越大。水泥种类与细度 细度越细，干缩较大。良好养护可以减小收缩构件几何尺寸和形状表面积与体积比值越大，收缩越大；湿度扩散的路径越长，收缩速率越低。第70页/共121页骨料的体积百分数(%)干缩值比骨料体积含量对混凝土干缩的影响普通混凝土范围第71页/共121页back水泥石的孔隙率干缩率(%)孔隙率对水泥石干缩的影响不可逆收缩可逆收缩第1次收缩第72页/共121页自收缩条件特征：与外界环境无水分交换；产生的原因：水泥水化吸收毛细管中的水分，使毛细管失水，产生毛细管压

24、力，引起收缩自干燥收缩；水泥水化物的体积小于反应前各物质的体积和，因而导致混凝土硬化后收缩化学收缩；特点：收缩值随龄期而增加，早期较快，后期缓慢。影响因素水泥品种 主要是矿物组成与混合材种类；水灰比 随水灰比减小，收缩增大；骨料及其体积分数水泥用量外加剂第73页/共121页内部相对湿度(%)龄期(天)水泥石内部相对湿度随龄期的变化第74页/共121页自收缩测量装置第75页/共121页水灰比对自收缩的影响水泥品种对自收缩的影响第76页/共121页外加剂对自收缩的影响第77页/共121页骨料与未水化水泥颗粒的含量(%)收缩值之比骨料和未水化水泥颗粒含量对收缩值的影响第78页/共121页问题？混凝土

25、的干燥收缩与自干燥收缩有何异同？解答：相同点：机理相似，水分损失、毛细张力等；不同点：u 水分损失的原因不同，前者是因环境湿度变化引起的，后者是由水泥水化引起的；u 前者主要发生在表面层，而后者发生在整个体积，尤其在中心部位更大。back第79页/共121页温度变形与其它材料一样，混凝土也具有热胀冷缩的性质；混凝土的热膨胀系数为1105/C；温度变形对大体积混凝土不利，因水泥水化放热，造成内外温差较大，内外膨胀不均，导致外部开裂；混凝土的热膨胀系数取决于骨料的热膨胀系数。第80页/共121页back第81页/共121页2、荷载作用下的变形单轴受压时的应力应变行为混凝土的弹性模量混凝土弹性模量与

26、组成关系混凝土弹性模量的主要影响因素；弹性模量与抗压强度的关系；back第82页/共121页单轴受压时的应力应变行为在压应力作用下，骨料是弹性体，水泥石也是弹性体，但由骨料与水泥石组成的混凝土是一种弹塑性体。特点：混凝土在压应力作用下，既产生弹性变形，也产生塑性变形。在较低应力(极限应力fcp的30%)下，以弹性变形为主；在较高应力(fcp的30%)下，产生弹塑性变形，应力水平越高，塑性变形量越大；混凝土强度越低，塑性变形越大。第83页/共121页骨 料混凝土水泥石受压时，骨料、水泥石和混凝土的应力应变曲线第84页/共121页混凝土受压的应力应变全曲线第85页/共121页重复荷载作用下的应力-

27、应变曲线塑弹第86页/共121页问题？为什么骨料和水泥石是弹性体，而二者组成的混凝土是弹塑性体？原因：混凝土是一个多物相、多孔性的复合材料，其主体是颗粒堆聚体，存在界面过渡区，且过渡区有原生微裂缝。受力下，界面裂缝的扩展、颗粒间的滑移、孔隙中水的迁移等因素导致产生塑性变形。混凝土单轴受压下的曲线可以分为4个阶段：在极限应力fcp的30%以下，界面过渡区微裂缝是稳定的，因此，曲线是线形的；当应力 fcp的30%时，随着应力增加，过渡区的裂缝长度、宽度和数量增加，/比值增加，曲线偏离直线；如果应力 fcp的50%，过渡区的微裂缝稳定体系存在，基体水泥石不会产生微裂缝；当应力 fcp的5060%时，

28、基体相中产生微裂缝，如果应力进一步增加，基体相微裂缝扩展，增多，过渡区微裂缝失稳，导致曲线弯向横轴当应力 fcp的7580%时，应变能释放速度达到在持久应力下裂缝自发扩展的水平，应变随应力增长很快，直至裂缝成为联系体系破坏。第87页/共121页第88页/共121页back界面过渡区的微裂缝过渡区裂缝扩展，但基体相没有裂缝基体相中产生裂缝裂缝成为连续体系破坏第89页/共121页混凝土的弹性模量弹性模量E：静力弹性模量与动荷载弹性模量混凝土的应力应变行为不完全遵循虎克定律，曲线是非线性的，所以，混凝土的弹性模量不是一个恒定值。为了工程设计，故常对应力应变曲线的初始阶段作近似直线处理，有三种处理方式

29、：原点切线弹性模量 Eo=tan 1；割线弹性模量 Eh=tan 2；切线弹性模量 Et=tan 3。原点切线 1 2 3割线切线难以准确测量，应力水平很低，实用意义小。只适用于切点处荷载变化很小的范围内，工程意义也不大第90页/共121页back 我国现行标准指定以应力=1/3 fcp时的加荷割线弹性模量定义为混凝土的弹性模量Eh静力弹性模量。第91页/共121页单相匀质材料的弹性模量和密度有直接关系；混凝土是多物相复合材料，因此，其弹性模量取决于下列因素：各物相的体积分数；各物相的密度；各物相的弹性模量界面过渡区的特性弹性模量与组成的关系第92页/共121页混凝土是多物相复合材料，因此，其

30、弹性行为取决于各个相的弹性行为：未水化的水泥颗粒水化物凝胶水粗骨料细骨料混凝土的弹性模量取决于下列4个要素：水泥石的弹性模量Ep；骨料的弹性模量Ea；骨料的体积含量(或水泥石的体积含量)Vg。界面过渡区特性水泥石骨 料基体相分散相第93页/共121页混凝土弹性行为的复合模型将混凝土简化为由水泥石和骨料组成的两相复合材料，因而，可建立如下复合材料模型，来预测混凝土的整体行为：因为：c ap，c1a Vg+p(1Vg)根据虎克定律：E得到：EcEaVg+Ep(1Vg)(1)因为：cap，c 1 aVg+p(1Vg)根据虎克定律：E得到：(1/Ec)(Vg/Ea)+(1Vg)/Ep (2)该模型是由

31、上下两层水泥石和中间第一个模型构成，同理可得：(1/Ec)(1-Vg1/2)/Ea+Vg1/2/EaVg+Ep(1-Vg1/2)(3)第94页/共121页根据上述3个公式，得到如图所示的曲线；公式(1)和(2)分别为混凝土弹性模量的上、下限；公式的适用取决于骨料与水泥石的弹性模量之比Ea/Ep：Ea/Ep=1，3个公式均适用，一般Ea/Ep1，公式(3)最接近实际情况；所以，混凝土的弹性模量取决于水泥石和骨料的弹性模量，以及骨料的体积分数EcEpEa(1)(3)(2)00.51.0混凝土中骨料的体积分数back第95页/共121页影响混凝土弹性模量的因素 水泥石基体相的弹性模量水泥石基体相的弹

32、性模量受其孔隙率控制：Ep=E0(1Pc)3，即孔隙率越大，弹性模量越低；水泥石的孔隙率的影响因素：水灰比 水灰比越小，弹性模量越高;水泥水化度(龄期)弹性模量随水化龄期不断增长;空气含量 含气量越大，弹性模量越低；矿物掺合料 含水状态 吸水饱和时的弹性模量大于干燥时的；第96页/共121页水 灰 比水泥石的弹性模量(GPa)龄期(天)水灰比和水化龄期对水泥石弹性模量的影响水灰比和水化龄期对水泥石弹性模量的影响第97页/共121页骨料相的弹性模量骨料的孔隙率 骨料越密实，弹性模量越高；粗骨料的体积含量 弹性模量高的粗骨料越多，一般来说，混凝土的弹性模量越高；界面过渡区特征空隙,微裂缝和CH晶体

33、的取向等因素决定混凝土应力应变关系，因而影响到混凝土的弹性模量。第98页/共121页弹性模量(GPa)玄武岩玄武岩辉绿岩辉绿岩辉长岩辉长岩白粒岩白粒岩石灰石石灰石石英岩石英岩蛇纹石蛇纹石冻石冻石混凝土试件、水泥浆体和骨料的弹性模量混凝土混凝土水泥石基体水泥石基体骨料骨料第99页/共121页back混凝土过渡区结构骨 料C-S-H钙矾石CH第100页/共121页混凝土弹性模量与抗压强度的关系混凝土的弹性模量与强度间没有简单关系，所以混凝土弹性模量应由试验测定；一般来说，混凝土抗压强度越高，弹性模量越大：二者之间存在经验公式：Ec 3.32(fcyl)0.5+6.9 (ACI 2000b)式中：E

34、c 混凝土弹性模量；fcyl 标准棱柱体试件28天抗压强度 该公式适用于抗压强度在2183 MPa的混凝土第101页/共121页第102页/共121页PP水饱和状态下，混凝土的泊松比=0.250.3；干燥状态下，混凝土的泊松比=0.2；一般在0.170.2。混凝土泊松比随骨料含量的增加而增加。混凝土的泊松比back第103页/共121页3、混凝土的徐变什么是徐变？在持续（恒定）荷载作用下，混凝土产生随时间而增加的变形称为徐变。徐变曲线特征？徐变产生的机理？徐变对混凝土结构有何影响？影响徐变的因素有那些？第104页/共121页徐变曲线特征：加上恒定荷载时，混凝土立即产生瞬时弹性变形，随后，徐变随

35、时间增加较快，然后逐渐减慢。卸荷后，一部分变形可恢复，称为弹性恢复；其后将有一个随时间而减小的应变恢复称为徐变恢复；最后残留下来的变形成为不可逆徐变。第105页/共121页徐变恢复加荷后的时间加荷后的时间(天天)弹性恢复不可恢复弹性变形徐变变形卸荷第106页/共121页徐变产生的机理：水泥石中的水化物凝胶颗粒之间的粘性流动和剪切滑移；在荷载作用下，凝胶体内的吸附水被挤出；骨料的延后弹性变形；过渡区裂缝的扩展或产生。加荷后，水泥石首先变形，骨料上的应力增大，骨料产生弹性变形延后弹性变形第107页/共121页吸附水吸附水吸附水排出吸附水排出徐变徐变徐变机理第108页/共121页1 不利：J 徐变会

36、引起混凝土构件的预应力损失，据统计，我国几十年来生产的构件预应力损失达3050%；J 混凝土构件会产生随时间变化的挠度或变形。1 有利J 徐变会使温度或其他收缩变形受约束时产生的应力减小；J 降低结构应力集中区和因基础不均匀沉陷引起局部应力的结构中的应力峰值。徐变的影响：第109页/共121页 西太平洋Caroline群岛上的一座桥梁(主跨为241m)，由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到20年后坍塌(1996年)。第110页/共121页影响徐变的因素：湿含量：混凝土中的湿含量降低，徐变减小；环境湿度：湿度降低，徐变增大；温度：温度升高，徐变增大，70C以上，使

37、徐变降低；骨料用量：体积含量增加，徐变减小；骨料的特性：泊松比和弹性模量，弹模越大，徐变越小；水灰比与龄期：水灰比增大，徐变增大；水泥用量：水灰比一定，水泥用量增加，徐变减小荷载应力水平：荷载越大，徐变会越大。第111页/共121页骨料的体积含量骨料的体积含量(%)骨料的体积含量对混凝土徐变 的影响第112页/共121页温度对混凝土徐变的影响荷载作用时间荷载作用时间(天天)第113页/共121页加荷的应力水平对混凝土徐变的影响加荷时间加荷时间(天天)第114页/共121页环境湿度对混凝土徐变的影响第115页/共121页骨料的弹性模量对混凝土徐变的影响加荷时间加荷时间(对数对数)第116页/共1

38、21页收缩与徐变对混凝土开裂的影响混凝土的开裂受多种因素的影响环境的物理与化学因素和荷载作用下的变形；混凝土的延性、强度等性能；变形受到约束的程度。开裂条件：收缩与徐变的相互作用收缩受到约束时，产生拉应力；在一定持续应力下，混凝土会产生徐变，引起应力松弛，导致应力随时间减小；当徐变后的实际应力达到抗拉强度时，混凝土才会开裂。综合第117页/共121页干缩与徐变混凝土在干燥状态受压下的变形第118页/共121页无松弛作用时出现开裂混凝土的抗拉强度开裂延迟应力松弛后的实际应力应力松弛时 间收缩应变受约束时产生的弹性拉应力第119页/共121页小节骨料和水泥石是弹性体，而混凝土是弹塑性体或粘弹性体，在受压应力作用，既产生弹性变形，又产生塑性变形；混凝土的弹性模量不是一个常数，工程应用中，一般用割线弹性模量作为设计依据，其大小取决于水泥石和骨料的弹性模量及其相对含量，以及界面状况；在干燥状态下，混凝土内部水的损失，而引起干缩变形，它与混凝土的组成、构件几何尺寸与形状、环境条件等有关；在与外界隔绝的条件下，由于水泥水化会引起混凝土内部自干燥，而产生整体的自干缩变形；在荷载长期作用下，混凝土会发生随时间增加的变形徐变，干燥会使徐变增大；在约束条件下，混凝土发生的各种变形，可引起开裂。第120页/共121页感谢您的观看。第121页/共121页