(2012-8-31)2.材料性能

f t Fl / bh2
第2章 混凝土结构用材料的性能
3. 混凝土在复合应力作用下的强度 ⑴ 混凝土的双向受力强度
双轴受力试验一般采用正方形试件，试验时沿板平面内的 两对应边分别作用法向应力1和 2，沿板厚方向的法向应 力 3=0，板处于平面应力状态。
1、2 （压－压） 强度增加 1、2 （拉－压） 强度降低
“套箍”作用
不涂润滑剂
涂润滑剂
＊尺寸的影响： fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)
第2章 混凝土结构用材料的性能
⑵ 轴心抗压强度 fck（棱柱体抗压强度） 真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。 150mm×150mm×300mm 或150mm×150mm×450mm b 棱柱体 b 用立方体强度反映： f ck 0.88c1c 2 f cuk 2. 轴心抗拉强度 ftk（抗裂度验算指标）
曲线ab段：表现出越来越明显的塑性，应力 应变关系偏离直线，应变的增长速度比应力 增长快。内部微裂缝有所发展，但处于稳定 状态，故b点称为临界应力点，相应的应力相 当于的条件屈服强度。
峰点
fcs fc 0.8fcs
临界点
峰值应变ε0 随混凝土强度 等 级 不 同 约 在 0.0015 ～ 0.0025之间变动，结构计 算中一般取ε0=0.002。 《混凝土结构设计规 范 》(GB50010) 取 εcu=0.0033。
(0.3～0.4)fcs
比例极限
00
0a段：a点相当于混凝d段：下降段的存在表明受压破 坏后的混凝土仍保持一定的承载能力， 它主要是由滑移面上的摩擦咬合力和 为裂缝所分割成的混凝土小柱体的残 余强度所提供。
混凝土微裂缝发展示意
不同等级混凝土的延性：低的往往延性高于高等级混凝土。
常用等级：C15，C20， C25，C30， C35， C40，C45，
C50， C55， C60，C65 ，C70， C75， C80（高强度砼）
第2章 混凝土结构用材料的性能
影响立方体抗压强度的因素：
• 内因：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等 • 外因：试验方法（套箍）、加荷速率、龄期、温度、 湿度、试件尺寸。
第2章 混凝土结构用材料的性能
影响徐变的因素： 1) 材料组成
水灰比愈大，水泥水化后残余的游离水愈多，徐变也愈大； 水泥用量愈多，凝胶体在混凝土中所占比重也愈大，徐变也愈大； 骨料愈坚硬，弹性模量愈大以及骨料所占体积比愈大，徐变也愈小。
2) 外部环境
养护环境湿度愈大，温度愈高，则水泥水化作用愈充分，徐变就愈小。 混凝土中水分的挥发逸散与构件的体积与表面积之比有关，构件尺寸
第2章 混凝土结构用材料的性能
4) 龄期影响 加载时混凝土的龄期越长，徐变越小。
为了减少徐变，应避免过早地给结构施加长期荷载.
第2章 混凝土结构用材料的性能
二. 混凝土的非受力变形
⑴ 混凝土的收缩与膨胀
——混凝土在水中或处于饱和湿度情况下结硬时体积增 大的现象称为膨胀 。 ——混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩。
不同等级混凝土的应力应变曲线
2.混凝土在重复荷载作用下的应力----应变曲线
（1）在一次短期加卸载的σ -ε 曲线
ε c=ε cp+ε ce ε cp-塑性应变 ε ce-弹性应变
在一次短期加卸载的σ -ε 曲线图
（2）混凝土在重复荷载作用下的应力一应变曲线
当加荷较大，经数 次循环，应力应变 也成为直线，后由 凸向应力轴变为凸 向应变轴，塑性变 形扩展而破坏。
混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度5%~10%。
h
1.0
0.5
0
直接测试方法（拉伸）
间接测试方法(弯折，劈裂)
第2章 混凝土结构用材料的性能
直接受拉试验 试件尺寸100mm×100mm×500mm的柱体， 两端各埋入一根d=16mm的变形钢筋，埋 深为150mm，置于轴线上。用试验机夹头 夹住两端外伸的钢筋施加拉力，破坏时试 件在没有钢筋的中部截面被拉断，平均拉 应力即为混凝土的轴心抗拉强度。 16
第2章 混凝土结构用材料的性能
⑵ 混凝土的温度变形 当温度变化时，混凝土也随之热胀冷缩。温度变形也是混 凝土在非荷载状态下，产生内力的一个重要因素。混凝土 的线膨胀系数随骨料性质及配合比而变化，约为 (1~1.5)×10-5，一般取1.0×10-5。 影响温度变化的因素 温度的变化与水泥种类、水泥含量、新拌混凝土的温度、 混凝土硬化速度、构件尺寸等因素有关。
加卸载的应力应变关 系渐近于一直线，残 余应变不再增大，且 与原点切线平行，试 件并未破坏。
在多次重复加卸载的σ -ε 曲线图
混凝土的疲劳强度可定义为 ：构件混凝土在给定 的重复荷载次数N作用下，所能耐受的最大应力值。 各国对不同的结构的N取值是不一样，我国公路桥梁取 N=200万次（铁路桥梁取N=300万次）的疲劳试验的结 果作为疲劳强度，用符号 f c f 表示。
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2.1.2 混凝土的变形
混凝土的变形分为两类：混凝土的受力变形和非受力变形 一. 混凝土的受力变形 1. 受压混凝土一次短期加荷的- 曲线 试件：棱柱体
曲线bc段：应变增长速度 进一步加快，应力应变曲 线的斜率急剧减小，混凝 土内部微裂缝进入非稳定 发展阶段。
混凝土轴心受压时的应力应变关系
第2章 混凝土结构用材料的性能
⑶ 混凝土的三向受压强度 三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高。
200
3= 50N/mm2
150 35N/mm2
工程应用：约束混凝土
100
50
3
10N/mm2
1 3
钢管砼 密配螺旋箍筋
0
5
10 15 1 (‰)
20
25
f c1 f c (4.5 ~ 7) 3
第2章 混凝土结构用材料的性能
3.混凝土的弹性模量、变形模量
原点弹性模量
割线模量
切线模量
第2章 混凝土结构用材料的性能
（1）混凝土的弹性模量Ec测定
混凝土弹性模量Ec的测定方法 (原点模量)
（2）变形模量
混凝土的弹塑性模量和变形模量
c c c ce E Ec c ce cp ce ce cp
愈大，表面积相对愈小，徐变就愈小。
第2章 混凝土结构用材料的性能
3) 应力大小

当≤0.5fc时，徐变与应力成正比，为线性徐变。
当 =(0.5~0.8)fc 时 ， 徐 变
的增长速度比应力的增长
速度快，为非线性徐变。
当ζ>0.8fc时，混凝土内部的微裂缝进入非稳态发展，导致
混凝土破坏。取ζ=0.8fc 作为混凝土的长期抗压强度。初应 力越大，徐变也越大。
第2章 混凝土结构用材料的性能
混凝土的徐变对钢筋混凝土结构的影响：
有利影响 有利于构件的应力重分布，减少应力集中现象及减少温度
应力等。
不利影响 使构件变形增大； 在轴压构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小； 在预应力构件中，使预应力发生损失； 在超静定结构中，使内力发生重分布。 总之，弊多利少，应尽量减少徐变。
混凝土的收缩
第2章 混凝土结构用材料的性能
收缩和膨胀是在混凝土不受力的情况下而产生的变形，一 般来说，收缩值比膨胀值大得多。混凝土的膨胀特性对混
凝土构件往往是有利的，故一般不予考虑。
影响混凝土收缩的因素

水泥用量越多、水灰比越大，收缩就越大。 骨料的级配好、弹性模量高，可减小混凝土的收缩。 高温蒸养，收缩减少； 相对湿度越低，收缩就越大。 水泥品种、混凝土的密实度、构件的体表比等都会对
混凝土的收缩有影响。
第2章 混凝土结构用材料的性能
收缩的不利影响
梁板或其他构件，由于养护不好，在使用前就可能因混凝土收 缩而产生裂缝； 大面积的混凝土地面或楼面，在施工后就可能因混凝土的收缩 而产生裂缝；
在预应力混凝土结构中，混凝土的收缩会导致预应力的损失;
收缩也对超静定结构（如拱）产生不利的内力，导致钢筋混凝 土结构出现过大裂缝，造成不利影响;
2 2 1
2
2
0 .6
1
0 .8 1.0 1.2
2 1 1.15 f c
max 1 1.27 f c
1 0.5 f c
双轴受力强度
第2章 混凝土结构用材料的性能
⑵ 混凝土在法向应力和切应力作用下的复合强度
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低； 压-剪：当 / f c 0.6 时，抗剪强度随压应力提高而增大； 当 / f c 0.6 时，内部裂缝增加， 抗剪抗压强度均降低。
第2章 混凝土结构用材料的性能
混凝土徐变产生的原因：
1. 是混凝土中的水泥凝胶体在荷载作用下产生粘性流动，
并逐渐转给骨料颗粒，使骨料压应力增大，试件变形也 随之增大；
2. 是混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下不断发展和
增加，也使徐变增大。 当应力不大时，徐变的发展以第一个原因为主；当应力 较大时，则以第二个原因为主。
混 凝
强度
粘
土
变形
结
作
用
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§2.1 混凝土（concrete）
由水泥、砂子和石子三种材料及水按 一定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材 混凝土组成结构
微观结构 水泥石结构 1.水泥凝胶 2.晶体骨架 3.未水化完的水 泥颗粒 4.凝胶孔 亚微观结构 水泥砂浆结构
宏观结构
砂浆粗骨料体系
1.水泥石为基相 2.砂子为分散相
水泥看作是基相，粗骨料 分布在砂浆中，砂浆与粗 骨料的结合面是薄弱面。