混凝土结构材料的物理和力学性能

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1、第2章混凝土结构材料的物理和力学性能返回总目录教学提示：钢筋与混凝土材料的物理和力学性能是混凝土结构的计算理论、计算公式建立的基础。本章主要介绍混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能；建筑工程中所用钢筋的品种、级别及其性能；钢筋与混凝土的黏结机理、钢筋的锚固与连接构造。教学要求：本章要求学生熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能；掌握混凝土的选用原则；熟悉建筑工程中所用钢筋的品种、级别及其性能；掌握建筑工程对钢筋性能的要求及选用原则；了解钢筋与混凝土共同工作的原理，熟悉保证钢筋与混凝土之间协同工作的构造措施。混凝土

2、结构是由钢筋和混凝土这两种性质不相同的材料组成，它们共同承受和传递结构的荷载。混凝土结构的计算理论、计算公式的建立，都与这两种材料的力学性能密切相关。在工程中，适当地选用材料，合理地利用这两种材料的力学性能，不仅可以改善结构和构件的受力性能，也有可能取得较好的经济效果。因此，了解钢筋和混凝土这两种材料的力学性能是非常重要的。本章主要介绍钢筋与混凝土的物理和力学性能、共同工作的原理及这两种材料在工程中的选用原则。●2.1混凝土●2.2钢筋●2.3钢筋与混凝土之间的黏结●2.4钢筋锚固与接头构造●2.5思考题●2.6习题本

3、章内容2.1混凝土普通混凝土是由水泥、石子和砂3种材料用水拌和经凝固硬化后形成的人造石材，是一种多相复合材料。混凝土中的砂、石子、水泥胶体中的晶体、未水化的水泥颗粒组成了错综复杂的弹性骨架，主要承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点。水泥胶体中的凝胶、孔隙和界面初始微裂缝等，在外力作用下使混凝土产生塑性变形。而且混凝土中的孔隙、界面微裂缝等缺陷又往往是混凝土受力破坏的起源，在荷载作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。由于水泥胶体的硬化过程需要多年才能完成，所以混凝土的强度和变形也随时间逐渐增长。2.

4、1.1混凝土的强度混凝土的强度是其受力性能的一个基本指标。荷载的性质不同及混凝土受力条件不同，混凝土就会具有不同的强度。工程中常用的混凝土强度有：立方体抗压强度、棱柱体轴心抗压强度、轴心抗拉强度等。2.1混凝土1.混凝土的基本强度指标1)立方体抗压强度采用标准试块(规范规定边长为150mm的混凝土立方体)，在标准条件下(温度为20℃±3℃，相对湿度在90%以上)养护28天，按规定的标准试验方法(中心加载，平均速度为0.3～0.8MPa/s，试件上下表面不涂润滑剂)测得的具有95%保证率的抗压强度称为混凝土立方体抗压强度

5、fcu,k(N/mm2)。为满足设计、施工和质量检验的需要，必须对混凝土的强度规定统一的级别，即混凝土强度等级。GB50010—2002规定，混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定，用符号fcuk表示，共14个等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。例如，C40表示立方体抗压强度标准值为40N/mm2。其中，C50及C50以上为高强混凝土。立方体抗压强度受试件尺寸、试验方法和龄期因素的影响。试验表明，对于同一种混凝土材料，采用不同尺寸的立

6、方体试件所测得的强度不同。尺寸越大，测得的强度越低。边长为l00mm或200mm的立方体试件测得的强度要转换为边长150mm试件的强度时，应分别乘以尺寸效应换算系数0.95或1.05。2.1混凝土美国、日本等都采用直径6英寸(约150mm)和高度12英寸(约300mm)的圆柱体作为标准试块。不同直径圆柱体的强度值也不同。对圆柱体试块尺寸100mm×200mm和250mm×500mm的强度要转换为150mm×300mm的强度时，应分别乘以尺寸效应换算系数0.97或1.05。混凝土圆柱体强度不等于立方体强度，对普通强度等级

7、混凝土来说，圆柱体强度约取立方体强度乘以系数0.83或0.85。混凝土测定强度还与试验方法有关，其中有两个因素影响最大。一是加载速度，加载速度越快，所测得的数值越高。因此，通常规定的加载速度是每秒增加压力0.3～0.8MPa。二是压力机垫板与立方体试块接触面的摩擦阻力对试块受压后的横向变形的约束作用，其破坏如图2.1(a)所示。如果在接触面上涂一层油脂，使摩擦力减小到不能约束试件的横向变形的程度，其破坏如图2.1(b)所示，后者测得的强度较前者低，GB50010—2002规定采用前一种试验方法。2.1混凝土2.1混凝土

8、(a)不涂油脂(b)涂油脂图2.1立方体抗压强度试块图2.2混凝土立方体强度随龄期的变化混凝土的立方体强度与龄期有关，如图2.2所示。图中曲线1、2分别代表在潮湿环境和干燥环境下测得的数据。混凝土的立方体抗压强度随着龄期逐渐增长，增长速度开始时较快，后来逐渐缓慢，强度增长过程往往要延续几年，在潮湿环境中往往延续更长。2)棱柱体轴心