五混凝土的力学性能

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1、四、混凝土的物理力学性质PhysicalandMechanicalPropertiesofHardenedConcrete主要内容尺寸稳定性包括弹塑性、徐变、体积变形等。强度包括抗压、抗拉和握裹强度等。(一)混凝土的尺寸稳定性DimensionalStabilityofConcrete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：荷载作用下的变形弹性变形非弹性变形非荷载作用下的变形收缩变形膨胀变形复合作用下的变形徐变三问：各种变形的特征是什么(What)？这些变形是如何产生的(How)？影

2、响这些变形的因素有那些(Which)？引深思考：如何减小或消除这些变形的负面影响1、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；(1)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

3、高，塑性变形量越大；混凝土强度越低，塑性变形越大。骨料混凝土水泥石受压时，骨料、水泥石和混凝土的应力－应变曲线混凝土受压的应力－应变全曲线混凝土受压的应力－应变全曲线重复荷载作用下的应力-应变曲线塑弹问题？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

4、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50~60%时，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75~80%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。界面过渡区的微裂缝

5、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(2)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：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。我国现行标准指定以应力=1/3fcp时的加荷割线弹

6、性模量定义为混凝土的弹性模量Eh——静力弹性模量。只适用于切点处荷载变化很小的范围内，工程意义也不大(3)影响混凝土弹性模量的因素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混凝土弹性模量影响因素混凝土是多物相复合材料，因此，其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

7、含量)Vg。界面过渡区特性水泥石骨料基体相分散相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＝a＝p，c1＝aVg+p(1－Vg)根据虎克定律：＝E得到：Ec＝EaVg+Ep(1－Vg)(1)因为：c＝a＝p，c1＝aVg+p(1－Vg)根据虎克定律：＝E得到：(1/Ec)＝(Vg/Ea)+[(1－Vg)/Ep](2)该模型是由上下两层水泥石和中间第一个模型构成，同理可得：(1/

8、Ec)＝[(1-Vg1/2)/Ea]+Vg1/2/{EaVg+[Ep(1-Vg1/2)]}(3)弹性模量与组成的关系根据上述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/Ep＞1，公式(3)最接近实际情