混凝土材料的力学性能_建筑材料

§3.3混凝土的强度与破坏StrengthandFailureofConcrete问题：•强度高的混凝土有哪些优点？有哪些用途？•什么样的结构（什么时候）要求混凝土强度迅速增长？强度发展过快可能会产生什么弊病龄期强度t强度发展快强度发展慢1）作为一种结构工程材料，承载力备受关注，因此混凝土的强度通常总是首先要评价的性质。2）易于评价。3）与其它性能有密切关系。在混凝土的所有性能中，为什么总是首先关心其强度？3.3.1强度—孔隙率关系毛细孔隙率（%）抗压强度（Mpa）对于匀质材料：f=f0e-kpf03.3.2混凝土的破坏模式Failuremodesinconcrete•Griffith理论可大致描述混凝土这种准脆性材料的破坏过程。•混凝土内部存在形状、尺寸不同的孔隙、微裂纹；浆体与骨料间存在薄弱的过渡区。混凝土的破坏过程是很复杂的。•随着荷载的增长，混凝土体中裂缝逐步地扩展，最后相互连通起来导致破坏。第一阶段：荷载小于混凝土极限荷载的30％，应力-应变成线性（称“比例极限”）；第二阶段：过渡区的裂缝开始扩展，变形增大的速率与应力的增长（50%以内）不再成直线关系；第三阶段：荷载达到50%～75％时，裂缝由过渡区向硬化水泥浆体延伸，应力-应变曲线趋向水平；第四阶段：裂缝扩展释放的能量超过需要的能量，在临界应力持续作用下，裂缝自发扩展，速率加快，逐渐连通，使系统趋于不稳定而破坏。。轴向应变（mm)应力MPa普通混凝土高强混凝土0.006120高强混凝土上升区的线性段增加，下降区更加陡峭。裂缝扩展的路径和方向骨料水泥石骨料周围的过渡区普通混凝土，断裂沿骨料表面发生，过渡区是最薄弱区域。高强混凝土，过渡区得到加强，断裂有可能穿过骨料发生。普通混凝土高强混凝土3.3.3抗压强度及其影响因素compressivestrengthandfactorsaffectingit1.材料的特性与配比CharacteristicsandProportionsofMaterials1）水灰比（Water/Cementratio）fcK1/K2w/cK1、k2是常数，取决混凝土的龄期、组成材料及测定方法等因素。Abrams定则龄期与水灰比对混凝土强度的影响W/C在一定范围内Abrams定则成立水泥品种混凝土的抗压强度2）水泥品种和等级(Cementtypeandgrade)1day7day28day90dayASTM(%oftypeⅠcementconcrete)Ⅰ普通100100100100Ⅱ中等水化热758590100Ⅲ早强190120110100Ⅳ低水化热556575100Ⅴ抗硫酸盐657585100水泥强度对混凝土强度有影响，但不是决定性的。fcu.k=A•fce(C/W–B)fcu.k——混凝土配制强度fce——水泥标号C/W——灰水比A，B——经验常数水泥的强度等级与混凝土强度的关系：对碎石混凝土：A＝0.46，B＝0.07对卵石混凝土：A＝0.48，B＝0.333）骨料1）颗粒强度；骨料强度1.5倍混凝土强度，对普通混凝土的强度影响不大。2）最大粒径；3）粒形、级配（颗粒分布）；4）骨料表面构造（粗糙度）。骨料最大粒径(Dmax)混凝土类型Dmax（mm)大坝混凝土150普通混凝土40高强混凝土25（碎石）15（卵石）活性粉末混凝土0.64）拌和水5）化学外加剂：减水剂速凝剂引气剂6）矿物掺和料（辅助胶凝材料）由于混凝土技术的发展，在20多年里：水灰比（水胶比）从0.5降低到0.15~0.30；素混凝土28天抗压强度从~30MPa提高到100MPa！2.浇注(Placing)新拌混凝土的工作度捣实程度硬化混凝土的孔隙率强度3.养护在混凝土硬化过程中，人为地改变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，称为对混凝土的养护。胶凝材料的水化反应是缓慢的化学反应，需要较长时间。养护时间：毛细管阻断所需时间与水灰比的关系W/C毛细管阻断所需时间0.403d0.457d0.5014d0.606months0.701yearover0.70impossible养护湿度：胶凝材料的水化反应需要水分的参与，如果没有充分的水分供应，水化反应将很快停止。特别是在水化初期，湿养护非常重要。养护温度：胶凝材料的水化反应速度随温度升高而加大。反应速度过快，形成的浆体结构较为疏松，后期强度可能下降。养护温度对强度的影响硅酸盐水泥W/C=0.4养护方式Why?与实验室内标准状态下养护的试件相比，实际结构内的混凝土常表现出较高的早期强度和较低的后期强度。4.试验参数1）试件形状；2）试件尺寸；3）表面处理；4）加载时间；5）试验机的刚度等。影响强度试验值，而不是实际混凝土强度！3.3.4混凝土在不同应力状态下的力学行为1.单轴受压作用下混凝土的行为(1)混凝土单轴受压(2)抗压强度等级2．单轴拉伸作用下混凝土的行为思考题1.运用前面所学的知识解释混凝土抗压强度高而抗拉强度低，而钢材抗拉性能很好的原因。2.是否水灰比（W/C）越小，配制混凝土强度就越高？为什么？3.试根据基本知识解释当浇注温度和养护温度高时，混凝土早期强度高，而后期强度就相对低的道理。