混凝土的变形性
混凝土的变形性能
引言概述混凝土是一种广泛应用于建筑和基础设施工程中的材料，其变形性能对结构的稳定性和承载能力至关重要。
混凝土的变形性能包括其弹性变形、塑性变形以及与外界加载和环境变化相关的不可逆变形等方面。
本文将对混凝土的变形性能进行详细的阐述，以帮助读者更好地了解混凝土的力学行为和使用限制。
正文内容1.弹性变形1.1应力应变关系1.2弹性模量与泊松比1.3弹性恢复性能1.4弹性极限2.塑性变形2.1屈服强度与延展性2.2塑性变形过程2.3应力应变曲线与塑性模量2.4塑性破坏与延性3.不可逆变形3.1蠕变变形3.2收缩变形3.3离析变形3.4温度变形3.5疲劳变形4.变形受限制因素4.1预应力和约束4.2混凝土强度等级4.3混凝土配合比4.4抗裂性能要求4.5温度和湿度环境5.变形性能影响因素5.1骨料性质的影响5.2控制水胶比的影响5.3初凝时间和硬化过程的影响5.4龄期和养护的影响5.5外加剂的影响总结混凝土的变形性能对结构的稳定性和承载能力具有重要影响。
在设计和施工过程中，需要全面考虑混凝土的弹性变形、塑性变形以及与外界加载和环境变化相关的不可逆变形。
弹性变形是混凝土受力后的可恢复性变形；塑性变形是混凝土在超过弹性阈值后发生的不可恢复性变形；不可逆变形包括蠕变变形、收缩变形、离析变形、温度变形和疲劳变形等。
混凝土的变形性能受多种因素影响，包括骨料性质、控制水胶比、初凝时间和硬化过程、龄期和养护以及外加剂等。
只有充分考虑和控制这些因素，才能确保混凝土的变形性能满足结构设计和使用要求。
《混凝土的变形性能》PPT课件
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(1).砼的弹塑变形:
➢加荷载σ,应变ε, 弹塑
干燥收缩（Dry Shrinkage）能使混凝土表面出 现拉应力而导致开裂
❖ （2）、机理：
➢ 混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛 细孔中形成负压，产生收缩力，导致混凝土产生收 缩裂缝。
➢ 同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶 体因失水而产生紧缩。
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干缩示意图
干燥环境
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5.3 混凝土的变形性能
二、荷载作用下的变形
短期荷载作用下的变形－弹塑性变形 长期荷载作用下的变形—徐变
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二、荷载作用下的变形 (一)短期荷载作用下的变形－弹塑性变形
1.砼受力变形及破坏的4个阶段
(I)裂缝无明显变化阶段(收缩裂缝阶段):
当荷载达到“比例极限”
极限荷载(%)
般在混凝土成型后40d左右增长较快，以后逐渐 趋于稳定。
✓ 化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用，
但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
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✓
一.非荷载作用下的变形
3.干湿变形（物理收缩）
❖ （1）、定义
➢ 由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土 的干湿变形，表现为干缩湿胀。
➢ 混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但
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混凝土的变形特性及影响因素
混凝土的变形特性及影响因素一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程领域的重要材料。
在使用过程中，混凝土会发生一定的变形，影响其使用效果和寿命。
因此，混凝土的变形特性及其影响因素是研究混凝土性能的重要方面。
二、混凝土的变形特性1. 弹性变形弹性变形是指混凝土在承受外力时，产生的瞬时变形。
当外力消失时，混凝土能够恢复原来的形状。
弹性变形是混凝土最常见的变形类型。
2. 塑性变形塑性变形是指混凝土在承受外力时，产生的持久性的变形。
当外力消失时，混凝土不能完全恢复原来的形状。
塑性变形是混凝土长期使用过程中的主要变形类型。
3. 蠕变变形蠕变变形是指混凝土在长时间受压的情况下，由于混凝土内部微观结构的变化而产生的持久性的变形。
蠕变变形是混凝土长期使用过程中的主要变形类型之一。
4. 疲劳变形疲劳变形是指混凝土在反复受到荷载作用时，产生的逐渐积累的变形。
疲劳变形是混凝土长期使用过程中的主要变形类型之一。
三、影响混凝土变形的因素1. 混凝土配合比混凝土配合比的不同会对混凝土的变形特性产生重要影响。
配合比中水灰比对混凝土的强度、抗裂性和变形特性有着重要的影响。
2. 外部环境条件外部环境条件，如温度、湿度等会对混凝土的变形特性产生影响。
高温会导致混凝土的强度和刚度下降，从而影响其变形特性。
3. 荷载类型混凝土承受的荷载类型不同，其变形特性也会受到不同的影响。
静荷载和动荷载对混凝土的变形特性的影响不同。
4. 混凝土龄期混凝土的龄期对其变形特性有着重要影响。
当混凝土的龄期较小时，其变形特性会比较大。
5. 混凝土强度混凝土强度的大小对其变形特性也会产生影响。
强度大的混凝土更加抗变形。
6. 混凝土中添加剂的使用混凝土中添加剂的使用，如膨胀剂、缩微剂等，会对混凝土的变形特性产生影响。
7. 混凝土的质量混凝土的质量对其变形特性的影响非常重要。
混凝土的质量差，变形特性也会受到明显的影响。
四、结论综上所述，混凝土的变形特性及其影响因素是研究混凝土性能的重要方面。
混凝土变形性能
混凝土变形性能由于混凝土并不是完全的弹性体，应力与应变成曲线关系，大体分为三个阶段：在荷载较小的初期阶段近似于直线；随着荷载的增大，曲线曲率慢慢增大，以至达到最大应力嘞和相应的应变S0 ；最后，应力随着应变增大而减小，达到极限应变而破坏。
混凝土的变形，会由于加荷方式及荷载作用的持续时间不同而不同。
当加荷时间极短（约1min）时，混凝土产生的变形称为急变。
当应力较低时，可以认为只是弹性变形；当应力增大时，除了弹性变形以外，还产圭一部分不能恢复的塑性变形。
如果将同一试件进行一系列连续的加荷与卸荷，其应力在两个固定限度之间循环变化，则可以看到一次接一次的塑性变形会逐渐减少。
经过若干次加荷以后，所得的总变形趋于一定值。
（一）徐变混凝土在长期恒荷载的作用下，变形随着时间的持续而增加的变形称为徐变，不包括收缩、膨胀和温度变形。
徐变试验采用的荷载一般为破坏荷载的30流右。
混凝土的徐变主要是由其中的水泥浆产生的。
骨料在许可荷载作用下不会产生徐变。
但是，骨料对水泥石的徐变有约束作用，骨料用量越多，弹性模数越大，约束作用越大，即徐变越小。
也就是说，徐变主要是在持续荷载的作用下，由于凝胶体中的水分缓缓压出和水泥石的黏性流动、微细空隙的闭合、结晶内部的滑动以及微细裂缝的发生等各种因素累加起来的。
因此，水泥的性质与用量、混凝土的水灰比、粉煤灰的掺量、水化程度、养护和试验期间的温湿度、龄期以及应力大小、荷载种类和试件大小等，对徐变都有一定的影响。
应该指出，在徐变变形中，实际上也包含一部分可以恢复的弹性变形在内。
在荷载作用期间，徐变速度会越来越慢。
混凝土的徐变特眭对钢筋混凝土，特别是对预应力混凝土及大体积｝昆凝土的温度应力计算，影响裉大。
对于一般受力构件，常常能消除一部分集中应力的影响，能将力自混凝土传递到钢筋上，使混凝土中的应力重新分布而变得均匀；会减少不均匀收缩产生的应力，减少裂缝开展，有利于防止结构物裂缝的形成。
但是，在预应力结构中，徐变则能引起预应力的损失。
混凝土的变形,耐久性
第三节混凝土的变形性能混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。
非荷载作用下变形又包括：化学收缩、塑性收缩、干湿变形、温度变形；荷载作用下变形包括：短期变形和长期变形。
一．混凝土在非荷载作用下的变形1．化学收缩在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，会引起混凝土产生收缩，称为化学收缩。
其收缩量随混凝土龄期的延长而增加，大致与时间的对数成正比。
一般在混凝土成型后40d内收缩量增加较快，以后逐渐趋向稳定。
这种收缩不可恢复，化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
2．塑性收缩混凝土成型后尚未凝结硬化时属于塑性阶段，在此阶段往往由于表面失水而产生收缩，称塑性收缩。
新拌混凝土若表面失水速率超过内部水分向表面迁移的速率时，会造成毛细管内部产生负压，因而使浆体中固体粒子间产生一定的引力，便产生了收缩。
如果引力不均匀作用于混凝土表面，则表面将产生裂纹。
预防塑性收缩的方法是降低混凝土表面失水速率、采取防风、降温等措施。
最有效的方法是凝结硬化前保持表面的润湿，如在表面覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。
3．干湿变形主要取决于周围环境湿度的变形，表现为干湿缩胀。
干缩对混凝土影响很大，应予以特别注意。
混凝土处于干燥环境时，首先发生毛细管的游离水蒸发，使毛细管内形成负压，随着空气湿度的降低，负压随之增加，产生收缩力，导致混凝土整体收缩。
当毛细管内水蒸发完后，若继续干燥，还会使吸附在胶体颗粒上的水蒸发。
由于分子引力的作用，粒子间距离小，引起胶体收缩，称这种收缩为干燥收缩。
混凝土干缩变形是由表及里逐渐进行的，因而会产生表面收缩大，内部收缩小，导致混凝土表面受到拉力作用。
当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。
此外，混凝土在干缩过程中，骨料并不产生收缩，因而在骨料与水泥石界面上也会产生微裂纹，裂纹的存在，会对混凝土强度，耐久性产生有害作用。
影响因素有：水泥用量、品种、细度；水灰比；骨料的质量；养护条件。
硬化混凝土的变形性能
硬化混凝土的变形性能硬化混凝土的变形性能混凝土的变形主要有三种，一是弹性变形，二是收缩，三是徐变。
下面一起和店铺来详细了解一下!(1)弹性变形：混凝土是一种多相复合材料，是弹塑性体，而不是真实的弹性材料。
混凝土在静力受压时，其应力(σ)与应变(ε)之间的关系是非线性关系，如下图所示，这是由于混凝土的变形不可逆所致。
(2) 收缩：混凝土收缩主要有以下五种：化学收缩，温度收缩，干燥收缩，自收缩和碳化收缩。
另外，在混凝土硬化前，由于塑性阶段混凝土表面失水而产生的收缩，称为塑性收缩。
(3) 徐变：混凝土在长期荷载作用下会发生徐变现象。
混凝土徐变是指混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间而增加的变形。
混凝土的.耐久性：混凝土耐久性是指混凝土在长期外界因素作用下，抵抗外部和内部不利影响的能力。
耐久性包括：混凝土的抗渗性，混凝土的抗冻性，混凝土的抗侵蚀性，以及混凝土的碳化和碱集料反应。
外加剂和混凝土掺合料1混凝土外加剂定义：混凝土外加剂是指在混凝土拌制过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质，其掺量不大于水泥质量的5%(特殊情况除外)。
外加剂作用：改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土力学性能和耐久性，节约水泥用量，降低成本，调节混凝土的凝结、硬化速度，改善混凝土的细观结构等。
2凝土掺合料在配制混凝土时加入一定量的掺合料，可以改善新拌混凝土的工作性，降低混凝土内部的温度升高，提高后期强度，并可以优化混凝土的内部结构，提高抗腐蚀能掺合料的分类：(1) 胶凝性掺合料如水硬性石灰等(2) 火山灰性掺合料如粉煤灰等(3) 同时具有胶凝性和火山灰性的掺合料如高钙灰等(4) 其他，比如石英砂等，本身具有一定化学反应性的材料。
【硬化混凝土的变形性能】。
混凝土的变形性能
6.5 混凝土的变形性能混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。
非荷载下的变形，分为混凝土的化学收缩、干湿变形及温度变形；荷载作用下的变形，分为短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形——徐变。
一、非荷载作用下的变形（一）化学收缩（自生体积变形）在混凝土硬化过程中，由于水泥水化物的固体体积，比反应前物质的总体积小，从而引起混凝土的收缩，称为化学收缩。
特点：不能恢复，收缩值较小，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝而影响承载状态和耐久性。
（二）干湿变形（物理收缩）干湿变形是指由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。
1.产生原因混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛细孔中形成负压，随着空气湿度的降低，负压逐渐增大，产生收缩力，导致混凝土收缩。
同时，水泥凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶体因失水而产生紧缩。
当混凝土在水中硬化时，体积产生轻微膨胀，这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间的距离增大所致。
2.危害性混凝土的干湿变形量很小，一般无破坏作用。
但干缩变形对混凝土危害较大，干缩能使砼表面产生较大的拉应力而导致开裂，降低混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能。
3.影响因素（1）水泥的用量、细度及品种水灰比不变：水泥用量愈多，砼干缩率越大；水泥颗粒愈细，砼干缩率越大。
（2）水灰比的影响水泥用量不变：水灰比越大，干缩率越大。
（3）施工质量的影响延长养护时间能推迟干缩变形的发生和发展，但影响甚微；采用湿热法处理养护砼，可有效减小砼的干缩率。
（4）骨料的影响骨料含量多的混凝土，干缩率较小。
（三）温度变形温度变形是指混凝土随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。
混凝土的温度变形系数α 为（1～1.5）×10-5/ ℃ ，即温度每升高1℃，每1m胀缩0.01～0.015mm。
温度变形对大体积混凝土、纵长的砼结构、大面积砼工程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。
混凝土的变形特性
混凝土的变形特性混凝土是一种常见的结构材料，用于建筑、道路和其他基础设施的施工。
在使用混凝土时，了解它的变形特性至关重要，因为这将有助于确保结构的强度和稳定性。
本文将详细介绍混凝土的变形特性，包括弹性变形、塑性变形和收缩变形。
1. 弹性变形弹性变形是混凝土受到外部力作用时，临时发生的可逆性变形。
当施加外力时，混凝土会发生弹性延展，并在外力消失后恢复原状。
这种变形主要受到混凝土的弹性模量和应力的影响。
弹性变形是目前建筑设计和结构分析中的重要参数，可以帮助工程师评估材料和结构的强度。
2. 塑性变形塑性变形是混凝土在受到一定程度的外力作用后，不能完全恢复原状的永久性变形。
当施加大于混凝土抗压强度的荷载时，混凝土会发生塑性变形，如压缩、弯曲或剪切等。
这种变形会导致结构的变形，还可能对结构的承载能力产生负面影响。
因此，在设计混凝土结构时，必须考虑到塑性变形的限制，以确保结构的安全性和耐久性。
3. 收缩变形混凝土在硬化过程中存在收缩现象，即体积缩小。
收缩变形主要由于混凝土中的水分蒸发，以及水泥胶体凝固和水化引起的晶体体积收缩。
这种变形是不可避免的，但需要在设计和施工中加以考虑。
如果在混凝土的收缩变形未被妥善处理，可能会导致结构的裂缝和其他损害。
为了减少混凝土变形对结构的不利影响，可以采取以下措施：1. 控制混凝土的水灰比，以减少水分蒸发造成的收缩变形。
2. 使用掺有外加剂的混凝土材料，如膨胀剂，以减少晶体体积收缩引起的收缩变形。
3. 在施工过程中采取适当的养护措施，确保混凝土充分湿润和保持温度，以减少收缩变形的风险。
4. 在结构的设计中考虑负荷的分布和重力效应，以最大限度地减少塑性变形的发生。
总结：混凝土的变形特性包括弹性变形、塑性变形和收缩变形。
了解和控制混凝土的变形特性对于保证结构的强度和稳定性至关重要。
在混凝土结构的设计和施工过程中，必须采取适当的措施来减少变形对结构的不利影响，从而确保结构的安全和耐久性。
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割线弹性模量 Eh = tan 2； 切线弹性模量 Et = tan 3。
原点切线
3
切线
只适用于切点处荷载变化 很小的范围内，工程意义 也不大
割线
1 2
(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
三峡大
大体积混凝土的内部降温管
Cement Concrete
三峡大坝搅拌站
Cement Concrete
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？
干 缩 值 比
普通混凝 土范围
骨料的体积百分数(%)
骨料体积含量对混凝土干缩的影响
(2) 自收缩
自收缩（微应变） 自收缩（微应变）
W/C=0.45 W/C=0.25 硫铝酸盐 普通硅酸盐 W/C=0.35 中热水泥 W/C=0.30 快硬铁铝酸盐
1000 900 1000 800 800 700 600 600 500 400 400 300 200 200 100 0 0
龄期(天)
问题？
混凝土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：
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； 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。
(3) 温度变形
吸附水 0.5的水泥石干缩的影响 水损失对水灰比为
(%)
-1.4
0
5
10
15
20
25
水损失量（质量百分数 %) 分离压
干燥收缩的危害
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； 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。
混凝土干缩的影响因素
不可恢复 弹性变形
加荷后的时间(天)
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
吸附水
徐变机理
问题？
裂缝成为连续 过渡区裂缝扩 体系－破坏 基体相中 展，但基体相 产生裂缝 没有裂缝
界面过渡区 的微裂缝
(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胡克定律， －曲线是 我国现行标准指定以应力 =1/3 fcp时的加荷割 非线性的，所以，混凝土的弹性模量不是一个恒定值。 难以准确测量，应力水平 线弹性模量定义为混凝土的弹性模量 Eh——静力 为了工程设计，故常对应力~应变曲线的初始阶段作近似直 很低，实用意义小。 线处理，有三种处理方式： 弹性模量。
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1×10－5 m /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。
三峡大坝泄洪 段－发电段 大体积混凝土
Cement Concrete
2、混凝土在非荷载作用下的变形
干燥收缩 自收缩 温度变形
(1) 湿胀干缩变形
应变 膨胀
连续浸泡 下的湿胀
收缩
第1次干燥
不可逆收缩 可逆收缩
时间
水泥石或混凝土在干湿循环下的变形行为
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
0.0 气压降低而蒸发时，表面张力增加，产生拉伸应力，使得 -0.2 变 孔壁受压而收缩； 形 -0.4 百 分离压 水泥石中的凝胶孔中的吸附水使得孔壁间存在分 分 -0.6 离压力(湿胀的原因),因干燥而吸附水损失时，将降低孔壁 率 -0.8 毛细水 的分离压，引起整体收缩； -1.0 层间可挥发水的迁移 -1.2
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
力受 在压应力作用下，骨料是弹性体，水泥石也是弹性体， －压 但由骨料与水泥石组成的混凝土是一种弹塑性体。 骨料 应时 特点：混凝土在压应力作用下，既产生弹性变形，也产 变， 混凝土 生塑性变形。 曲骨 线料 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， 水泥石 水 塑性变形量越大； 泥 混凝土强度越低，塑性变形越大。 石 和 混 凝 土 塑 弹 的 应 -应变曲线 混凝土受压的应力－应变全曲线 重复荷载作用下的应力 混凝土受压的应力－应变全曲线
影响徐变的因素有那些？
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；
卸荷 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。 弹性恢复
徐变变形
徐变恢复
吸附水排出
徐变
徐变的影响：
1000 800 600 400 200 0
3
自收缩（微应变）
0 0.5 1.5 0 0.5 内部相对湿度 (%)1.5 0 0.5
1.5
3
时间（天） 时间（天）
3
4.5 4.5
4.5
6
6
6
时间（天）
水泥品种对自收缩的影响 水灰比对自收缩的影响 外加剂对自收缩的影响
自收缩测量装置 水泥石内部相对湿度随龄期的变化