02a混凝土的物理力学性能
混凝土的物理力学原理
混凝土的物理力学原理一、引言混凝土是一种广泛应用于各种工程结构中的材料，其物理力学特性对工程结构的安全性和耐久性至关重要。
本文将介绍混凝土的物理力学原理，并探讨其对混凝土结构的影响。
二、混凝土的组成和结构混凝土是由水泥、骨料（沙、石）、水和气泡组成的复合材料。
混凝土的基本结构由水泥胶体和骨料组成，其中水泥胶体是由水泥和水混合而成的胶状物，骨料则是指沙、石等颗粒状物质。
三、混凝土的物理力学性质1.弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗形变能力的指标，对混凝土而言，其弹性模量较低，一般在20-40GPa之间。
这意味着在外力作用下，混凝土会发生较大的形变，但在去除外力后，其形状会恢复原状。
2.抗压强度抗压强度是指混凝土在外力作用下抵抗压缩破坏的能力。
混凝土的抗压强度通常在20-60MPa之间，但也会随着混凝土配合比和养护时间的不同而有所差异。
3.拉伸强度混凝土的拉伸强度较低，一般只有其抗压强度的1/10左右。
这意味着在混凝土结构中，拉应力往往是一个主要的破坏因素。
4.剪切强度混凝土的剪切强度一般在其抗压强度的1/2-1/3之间，但也会受到混凝土中骨料布局、配合比等因素的影响。
5.压缩应力分布在混凝土受到压缩力作用时，其内部会形成一个应力分布的状态。
在中心区域，应力呈线性分布，而在边缘区域则呈非线性分布，这是因为混凝土的强度并不均匀。
四、混凝土的破坏机理混凝土结构的破坏往往是由于其受到的应力超过了其承载能力造成的。
在混凝土受到应力时，其内部会出现裂纹，这些裂纹在外力继续作用下会不断扩大，最终导致破坏。
混凝土的破坏机理主要有以下几种：1. 压缩破坏当混凝土受到压缩力作用时，其内部会形成应力分布，其中中心区域的应力呈线性分布。
当外力增大时，混凝土内部会出现裂纹，随着裂纹不断扩大，最终导致破坏。
2. 拉伸破坏混凝土的拉伸强度较低，因此在混凝土结构中，拉应力往往是一个主要的破坏因素。
当混凝土受到拉力作用时，其内部会出现裂纹，同时裂纹会不断扩大，最终导致破坏。
混凝土的力学性能研究
混凝土的力学性能研究混凝土是一种常用的建筑材料，具有优良的力学性能。
混凝土的力学性能对于建筑结构的承载能力和安全性至关重要。
本文将对混凝土的力学性能进行研究和探讨。
一、混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度是评价混凝土质量的重要指标之一。
抗压强度的实验通常采用压力试验机进行。
在试验中，将标准尺寸的混凝土试块放入压力试验机中，不断增加载荷直至试块破坏。
根据试块的破坏载荷和试块的截面积，计算出混凝土的抗压强度。
二、混凝土的抗拉强度混凝土在抗拉加载下的抗拉强度较低，因此常常需要通过钢筋加固来提高其抗拉能力。
混凝土的抗拉强度实验通常采用拉力试验机进行。
在试验中，拉力试验机通过两侧的夹具施加拉力，使混凝土试件破坏。
根据试件的破坏载荷和试件的截面积，计算出混凝土的抗拉强度。
三、混凝土的抗剪强度混凝土在抗剪加载下的抗剪强度也较低，通常需要通过添加剪力钢筋来提高其抗剪能力。
混凝土的抗剪强度实验通常采用剪力试验机进行。
在试验中，剪力试验机通过两侧的夹具施加剪力，使混凝土试件破坏。
根据试件的破坏载荷和试件的截面积，计算出混凝土的抗剪强度。
四、混凝土的抗冻性能混凝土在受到冻融循环环境的影响下，容易出现开裂和破坏。
因此，评估混凝土的抗冻性能非常重要。
一种常用的实验方法是冻融试验。
在试验中，混凝土试件经过多次冻融循环后，观察并评估其物理性能和力学性能的变化情况。
五、混凝土的抗渗性能混凝土通常需要具备一定的抗渗能力，以保证建筑结构的防水和耐久性。
抗渗性能的评估通常采用渗透试验。
在试验中，将一定压力下的水注入混凝土试件，观察并评估其渗透性能。
六、混凝土的变形性能混凝土在受到力加载后，会发生一定的变形。
评估混凝土的变形性能可以采用应变计进行。
在试验中，将应变计粘贴在混凝土试件表面，通过应变计记录试件受力时的应变变化情况，从而评估混凝土的变形性能。
结论综上所述，混凝土的力学性能是建筑结构设计和施工中必须考虑的重要因素。
通过对混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗冻性能、抗渗性能和变形性能等方面进行研究和评估，可以确保混凝土在使用过程中具有足够的承载能力、抗震能力和耐久性，以保证建筑结构的安全可靠性。
混凝土的力学性能分析
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混凝土的物理力学参数2024
引言：混凝土是一种重要的建筑材料，它具有优异的力学性能和耐久性，被广泛应用于各种工程中。
为了深入了解混凝土的物理力学参数，本文将从五个大点进行详细阐述。
这些大点包括混凝土的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、抗剪强度和抗冻性。
通过对每个大点的探讨，读者将对混凝土的物理力学参数有更深入的了解。
概述：混凝土的物理力学参数是描述其力学性能的重要指标。
混凝土的力学性能由其组成材料和配比方式决定。
在第一篇文章中，我们已经介绍了混凝土的抗压强度、抗拉强度以及弹性模量。
现在我们将继续介绍混凝土的抗剪强度和抗冻性。
正文内容：一、混凝土的抗剪强度1.混凝土抗剪强度的定义和测定方法2.影响混凝土抗剪强度的因素3.提高混凝土抗剪强度的方法4.混凝土抗剪强度与结构的关系5.混凝土抗剪强度的应用与研究进展二、混凝土的抗冻性1.混凝土的抗冻性的意义和评价方法2.混凝土的冻融损伤机制3.影响混凝土抗冻性的因素4.提高混凝土抗冻性的方法5.混凝土抗冻性在工程中的应用与研究进展三、总结通过对混凝土的物理力学参数的详细阐述，我们了解到混凝土的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、抗剪强度和抗冻性是描述混凝土力学性能的重要指标。
在实际工程中，我们需要针对不同的工程要求和环境条件来选择合适的混凝土和相应的改良方法，以确保工程结构的安全和耐久。
在提高混凝土的物理力学参数方面，我们可以通过调整配比、优化材料的选择和加入适当的添加剂等方法来提高混凝土的力学性能。
研究人员也在不断探索新的方法和材料，以改进混凝土的性能。
我们应该重视混凝土的物理力学参数，在实践中加强对混凝土材料和结构的科学研究，以推动建筑工程的发展和进步。
通过不断的研究和实践，我们有信心在混凝土领域取得更大的突破和创新。
002第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能
200×200 ×400 换算系数 1.05
试
块
•考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大
于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu (试验结果)
•考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu
•对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,
h=300），有fc’=0.79fcu
采用与立方体试件相同制作条件、尺寸为150×150×300mm
或者150×150×450mm棱柱体试件测得的抗压强度作为混凝
土的轴心抗压强度标准值，用符号 f c k
表示，混凝土的轴心抗压强度标准值按下式计算：
fck0.881 f 2 cu,k
（2.2.1）
式中 1 —棱柱强度与立方强度之比，对C50及以下取 1
15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于 Ｃ20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载 的构件，混凝土强度等级不得低于Ｃ20。预应力混凝土 结构的混凝土强度等级不应低于Ｃ30；当采用钢丝、钢 绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级 不宜低于Ｃ40。
2 混凝土轴心抗压强度
对结构构件的不利影响：当构件受到约束时，混凝 土的收缩就会使构件中产生收缩应力，收缩应力过大， 就会使构件产生裂缝，以致影响结构的正常使用；在预 应力混凝土构件中混凝土收缩将引起钢筋预应力值损失， 等等。
小 结：
1. 混凝土的强度指标； 2. 混凝土的变形；
结束！ 谢谢大家！
n26 1(0fcu5)0当 ,n2时， n2取
c fc
c
fc
110c
n
o
0
0 0 .0 0 0 .5 2 fc u 5 1 0 50
第二章钢筋混凝土材料力学性能
第二章 混凝土结构材料的物理力学性能
混凝土应力—应变曲
线的形状和特征是混凝土
内部结构发生变化的力学
标志。不同强度的混凝土
的应力—应变曲线有着
相似的形状，但也有实质
性的区别。混凝土强度对
上升段曲线影响不大，对
于下降段，强度越高，应
力下降越剧烈，延性越差。
强度越低则下降越平缓，
延性越好。
图2-10 不同强度的混凝土应力——应变曲线
u 0.0033 ( fcu,k 50) 105 0.0033
0
0.001
0.002
0.003
0.004
《规范》混凝土应力-应变曲线参数
任意应力比情况下，其强度均与单轴抗拉强度相近。
第二章 混凝土结构材料的物理力学性能
⑷混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度
/fc
/fc
▲混凝土的强度：
拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低；
压-剪：当 / fc 0.6 时，抗剪强度随压应力提高而增大； 当 / fc 0.6 时，抗剪抗压强度均降低。
第二章 混凝土结构材料的物理力学性能
下降段CE段： 若试验机的刚度大，使试验机所释放的
能量不致于立即将试件破坏，随缓慢卸荷， 应变还能继续增加。 1、CD段：随缓慢卸荷，应力逐渐减少，应 变持续增加，在D点出现拐点，混凝土达到极 限压应变εcu，构件完全破坏，εcu=0.0033。 2、DE段：破坏后还有一定的低荷能力是由 于破碎试件的咬合力及摩擦力。
第二章 混凝土结构材料的物理力学性能
水泥砂浆结构 —水泥石为基相，砂子未分散相砂子和水 泥石的结合面为薄弱面。物理力学性能控制因素：除决 定水泥石结构的因素外，还有砂浆配合比、砂的颗粒级 配、矿物组成、砂粒形状、颗粒表面特性及砂中的杂质 含量等。 砂浆和粗骨料—水泥砂浆未基相，粗骨料为分散相砂浆 与粗骨料的结合面为薄弱面。性能影响因素：基相和分 散相（粗、细骨料）自身的特性、骨料的分布及其与基 相之间结合界面的强度 微裂缝—由于硬骨料对混凝土泌水引起的沉缩和水泥砂 浆收缩的限制，在各层次界个面薄弱处引起的结合破坏。 混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。
混凝土结构材料的物理力学性能PPT教学课件
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主要内容
1、混凝土的物理力学性能 2、钢筋的物理力学性能 3、混凝土和钢筋的粘结
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2.1 混凝土的物理力学性能
混凝土的组份：
水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不 同等级的砼。
骨料 水泥结晶体
弹性变形的基础
水泥凝胶体 塑性变形的基础
1.混凝土的立方体抗压强度fcu,k 和强度等级
我国将立方体抗压强度值作为混凝土强度的基 本指标，并作为评定砼强度等级的标准。
标准试验条件：边长、温度、湿度、养护时间
混凝土强度等级：
是按立方体抗压强度标准值确定的 共14级，用C表示：C15, C20, …C50,…C75,C80。
例如 C20, 表示为 fcu,k＝20N/mm2
C0.点00—2。—混凝土棱柱体抗压强度fc，对应的应变
下降段（CE）:
缓慢卸荷，裂缝继续扩展、贯通，变形增大。
收敛点E——应变约0.003～0.004
2.在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土 的力学性能有着极为重要的影响。
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砼试件大小和形状、荷载的性质和受 力条件，均影响混凝土的强度
单向应力状态下的强度
立方体抗压强度 轴心抗压强度 轴心抗拉强度
复合应力状态下的强度
双向受力强度 三向受压强度
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一、单轴向应力状态下的砼强度
0.88——考虑实际构件与试件混凝土之间 的差异而取的折减系数。
不同国家试验形状及尺寸有差异。
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3.混凝土的轴心抗拉强度ftk、ft
混凝土的物理力学参数
混凝土的物理力学参数
混凝土是一种常见的建筑材料，具有良好的物理力学性能。
以下是混凝土的一些物理力学参数：
1. 弹性模量：混凝土的弹性模量是衡量其刚度和变形能力的参数。
一般情况下，混凝土的弹性模量在20-40 GPa之间。
2. 抗拉强度：混凝土的抗拉强度是衡量其抵抗拉伸力的能力。
一般情况下，混凝土的抗拉强度在2-5 MPa之间。
3. 抗压强度：混凝土的抗压强度是衡量其抵抗压缩力的能力。
一般情况下，混凝土的抗压强度在20-40 MPa之间。
4. 弯曲强度：混凝土的弯曲强度是衡量其抵抗弯曲力的能力。
一般情况下，混凝土的弯曲强度在3-6 MPa之间。
5. 剪切强度：混凝土的剪切强度是衡量其抵抗剪切力的能力。
一般情况下，混凝土的剪切强度在2-4 MPa之间。
6. 密度：混凝土的密度是其单位体积的质量。
一般情况下，混凝土的密度在
2200-2500 kg/m³之间。
7. 硬度：混凝土的硬度是其抵抗外界力量和磨损的能力。
一般情况下，混凝土的硬度在1-4级之间。
这些参数是设计和工程实践中常用的混凝土力学参数，可以根据具体项目的需求进行调整和优化。
混凝土的物理性质与力学原理
混凝土的物理性质与力学原理一、混凝土的物理性质1.1 密度混凝土的密度是指单位体积的混凝土中所含有的质量，通常以千克/立方米作为单位。
混凝土的密度与其中水泥、砂、石头的比例有关，一般来说，混凝土密度在2200~2500千克/立方米之间。
1.2 吸水性混凝土的吸水性与其中水泥的含量、孔隙率、孔径大小等因素有关。
混凝土吸水后，孔隙内的水会对混凝土的力学性能产生影响，如抗压强度、抗拉强度等。
1.3 膨胀系数混凝土在受热或受潮后，会发生膨胀，这种膨胀是由于水分的蒸发或吸收所引起的。
混凝土的膨胀系数与其中水泥的含量、孔隙率、水灰比等因素有关。
1.4 热膨胀系数混凝土在受热时，会因为温度升高而发生膨胀，这种膨胀是由于混凝土中的水分分子受热膨胀所引起的。
混凝土的热膨胀系数通常在5~12×10^-6/℃之间。
1.5 导热系数混凝土的导热系数与其中水泥、砂、石头的比例、孔隙率等因素有关。
混凝土的导热系数决定了混凝土的保温性能，通常在0.8~1.7W/(m·K)之间。
二、混凝土的力学原理2.1 弹性力学理论弹性力学理论是混凝土力学中最为基础的理论，它认为材料在受力时，会发生弹性变形和塑性变形两种形式的变形。
弹性变形是指受力后恢复原形的变形，而塑性变形是指受力后不再恢复原形的变形。
2.2 应力与应变应力是指单位面积上所受的力，通常以帕斯卡（Pa）作为单位。
应变是指材料在受力后所发生的形变，通常以百分比或者是米长中的变化量作为单位。
2.3 拉伸强度拉伸强度是指材料在拉伸状态下的最大承载能力，通常以帕斯卡（Pa）作为单位。
混凝土的拉伸强度通常比较低，一般在1~10MPa之间。
2.4 压缩强度压缩强度是指材料在受压状态下的最大承载能力，通常以帕斯卡（Pa）作为单位。
混凝土的压缩强度通常比较高，一般在20~60MPa之间。
2.5 抗剪强度抗剪强度是指材料在受剪力作用下的最大承载能力，通常以帕斯卡（Pa）作为单位。
混凝土的物理力学性能
§1-1混凝土的物理力学性能一、混凝土的强度（一）混凝土的抗压强度1、立方体抗压强度标准值f cu ,kf cu ,k =μf150s (1−1.645δf150) 平均值（1-1.645变异系数）（δf150=σf150/μf150s ） 变异系数=均差/平均值2、柱体或轴心（高宽比≥3）抗压强度标准值f ck柱体抗压强度的平均值=α倍的立方体抗压强度平均值 即：μfc s =α×μf150sα：与混凝土强度等级有关，对C 50及以下混凝土取α=0.76；C 55~C 80混凝土取α=0.77~0.82假定构件混凝土柱体抗压强度变异系数与立方体抗压强度变异系数相同，侧:构件混凝土柱体抗压强度标准值=构试件抗压强度平均换算系数（GB/T50283-1999条文说明建议值0.88）×混凝土强度等级系数α×混凝土脆性系数β（C 40~C 80分别取1.0~0.87）×混凝土立方体抗压强度标准值f cu,k 即f ck =0.88×α×β×f cu,k（二）混凝土的抗拉强度f t s混凝土轴心抗拉强度f t s 的平均值μft s =立方体抗压强度平均值μf150s 的0.55次方×0.395即 μft s =0.395(μf150s )0.55 构件混凝土轴心抗拉强度平均值μft =0.88×0.395(μf150s )0.55 假定构件混凝土轴心抗拉强度变异系数与立方体抗压强度变异系数相同，侧:构件混凝土轴心抗拉强度标准值f t k =0.88×0.395 μf150s0.55(1−1.645)δf150×β（三）混凝土的抗剪强度f v s混凝土抗剪强度f v s 与立方体抗压强度f cu s 的关系：f v s = 0.38~0.42 (f cu s )0.57混凝土抗剪强度f v s 与混凝土抗拉强度f t s 的关系：f v s =（1.13~1.04）f t s二、混凝土的变形性能。
02-混凝土结构材料的物理力学性能课件
p e
37
第三十七页，共63页。
混凝土的疲劳强度与重复作用时应力 变化的幅度有关
相同重复次数下，随疲劳应力比值的减小
而增大。
f c
f c,min
f c,max
式 混凝中土：最cf,m小in ，应力cf,m和ax 最表大示应截力面。同一纤维上的
38
第三十八页，共63页。
混凝土的选用原则：
一次短期加载作用
长期荷载作用
重复荷载作用
收缩、膨胀
2. 混凝土的体积变形 温度
湿度
18 第十八页，共63页。
1.一次短期加载下砼的变形
（1）受压时应力－应变曲线 采用棱柱体试件来测定全曲线，包括：
上升段 下降段（非普通试验机，需伺服控制）
其形状和特征是砼内部结构的力学标志
通过应力—应变曲线，可以了解混凝土各阶 段的强度和变形
塑性变形的基础
混凝土的强度及变形随时间、随环境 的变化而变化。
3
第三页，共63页。
通常把混凝土的结构分为三种类型：
微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝 胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝 胶孔组成。
亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。 宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。 注意：
1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合 强度是影响混凝土强度的重要因素；
C点——混凝土棱柱体抗压强度fc，对应的应变0.002。
下降段（CE）:
缓慢卸荷，裂缝继续扩展、贯通，变形增大。
收敛点E——应变约0.003～0.004
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第二十一页，共63页。
特点：
1）混凝土的应力 应变图形是一曲线，
说明混凝土是一种 弹塑性材料，只有 压应力很小时，才 可视为弹性材料。
二 混凝土的物理力学性能
二 混凝土的物理力学性能2.1 概述混凝土是一种复合建筑材料，内部组成结构非常复杂。
它是由二相体所组成，即粗细骨料被水泥浆所包裹，靠水泥浆的粘结力，使骨料相互粘结成为整体。
如果考虑到带气泡和毛细孔隙的存在，混凝土实际是一种三相体的混合物，不能认为是连续的整体。
由于混凝土组成材料中粗细骨料和水泥等胶结材料的多样化，以及这些材料间的物理化学作用的错综复杂等原因，混凝土的物理力学性能非常复杂，与许多因素有关。
由于量测技术的发展，有可能对混凝土物理力学性能的内在变化规律进行直接观测，以便建立起混凝土在不同阶段下的开裂、变形和破坏的机理，包括混凝土微裂缝传播理论的应用在内，特别是出现了一些以混凝土组成结构特点为基础的强度与变形的本构关系，尽管这些理论有的有待进一步深入。
2.2 各种简单受力条件下混凝土的强度混凝土破坏强度的研究，虽已有百年之久，但由于过去试验条件的限制和混凝土强度本身的复杂性等原因，问题并没有得到合理解决。
早在本世纪30年代就有人曾指出，当时已有的材料强度理论，没有一种能解释混凝土在不同条件下出现的各种破坏现象和试验所得破坏荷载值，需要在试验研究基础上，建立起新的破坏强度理论。
近半个多世纪，由于试验研究技术的不断更新，在混凝土内部组织和微观破坏机理观测研究基础上，已建立起一些混凝土的本构关系和破坏强度理论，但仍有一定的局限性，需要进一步试验研究来加以完善。
工程设计实践中，有关混凝土强度的考虑，仍然是以试验实测结果为主要依据的。
1 单轴受压强度1）．立方体抗压强度与混凝土标号(R )混凝土受压强度与组成材料性质及施工方法等许多因素有关，因此衡定混凝土强度质量的好坏，必须有一个标准的强度度量测定标准。
立方体强度就是用来衡定混凝土强度质量的一种标准，它是用规定大小尺寸的混凝土试块，在规定的养护条件下，经一定龄期养护后，按规定的标准试验方法加压破坏时所得承压面积上的均匀压应力值，作为立方体强度(kg ／cm 2)，此值即所谓标号(R ))(max R AN P ==σ (2-1) P N —试件破坏时的最大受压荷载（kg ），A —试件受压面积（cm 2），max σ—试件破坏强度（kg/cm 2），有些国家如美国、日本等都采用直径为6英寸(约15cm)和高度为12英寸(约30cm)的圆柱体作为标准试块，以其中心受压破坏最大荷载下的平均应力值为圆柱体强度('c f 单位为磅／平方英寸或kg ／cm 2)。
混凝土物理力学性能、建筑砂浆物理力学性能
试件的承压面应为试件成型时的侧面。支座及 承压面与圆柱的接触面应平稳、均匀、否则应 垫平。
(3)施加荷载应保持均匀、连续。当混凝土强度等 级<C30时，加荷速度取每秒0.02～0.05MPa； 当混凝土强度等级≥C30且<C60时，取每秒钟 0.05～0.08MPa；当混凝土强度等级≥C60时， 取每秒钟0.08~0.10MPa，至试件接近破坏时， 应停止调整试验机油门，直至试件破坏，然后 记录破坏荷载。
(3)同条件养护试件的拆模时间可与实际构件的拆 模时间相同。拆模后，试件仍需同条件养护。
(4)标准养护龄期为28d(从搅拌加水时计)。
四、试验方法
（一）立方体抗压强度试验 1、仪器设备
压力试验机，并符合下列要求： (1)其精度为±1％，试件破坏荷载应大于压力 机全量程的20％且小于压力机全量程的 80%。 (2)应具有加荷速度指示装置或加荷速度控制 装置，并应能均匀、连续地加荷。 (3)应具有有效期内的计量检定证书。
《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》 GB/T50080—2016
《普通混凝土配合比设计规程》 JGJ55-2011 《建筑砂浆基本性能试验方法》 JGJ /T70-2009 《砌筑砂浆配合比设计规程》 JGJ/T98-2010
一、混凝土物理力学性能
一、概念 混凝土是由胶凝材料、集料加水以及必要时加入 化学外加剂和矿物掺合料进行拌合，经硬化而成 的人造石材。一般所称的混凝土是指水泥混凝土， 它由水泥、水及砂石集料配制而成，其中水泥和 水是具有活性的组成成分，起胶凝作用；集料只 起骨架填充作用。 混凝土的物理力学性能主要有强度、变形及耐久 性等三个方面的性能。 混凝土强度是混凝土的主要物理力学性能，又分 为抗压强度、抗拉强度及抗折强度等，其中抗压 强度是表示混凝土强度等级的主要指标。
2.1 混凝土的物理力学性能
第2章 混凝土结构材料的物理力学性能
2.1 混凝土的物理力学性能
一、混凝土的强度
1、混凝土强度等级 混凝土结构中，主要是利用混凝土的抗压强度。因此混凝土的 抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土 的强度等级是用抗压强度来划分的。 混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下 （20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速 度0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证 率的立方体抗压强度，用符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2 《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级， 级差为5N/mm2。与原《规范GBJ10-89》相比，混凝土强度等级 范围由C60提高到C80，C50以上为高强混凝土，有关指标和计 算公式在C50与原《规范GBJ10-89》衔接。
2.1 混凝土的物理力学性能
第2章 混凝土结构材料的物理力学性能
由上述混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的 增大。对横向变形加以约束，就可以限制微裂缝的发展，从而 可提高混凝土的抗压强度。立方体试件受约束范围大，而棱柱 体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和 破坏形态的不同。 混凝土局部受压强度fcl 比 轴心抗压强度 fc 大很多， 也是因为局部受压面积以 外的混凝土对局部受压区 域内部混凝土微裂缝产生 了较强的约束。
ft
6
16
150
5
2 f t 0.26 f cu / 3
GBJ10-89 æ ¶ ¹ ²
4
500
100
150
3
2
0 f t 0.395 f cu.55
混凝土的物理力学性能研究
混凝土的物理力学性能研究【摘要】：混凝土是由水泥浆、砂子和石子组成的水泥浆体和骨料的两相复合型脆性材料。
存在着两种裂缝:肉眼看不见的微观裂缝和肉眼看得见的宏观裂缝。
尚未承受荷载的混凝土中一般都存在微观裂缝，但有微观裂缝的混凝土一般都不影响其使用，同样可以承受拉力，不过它很容易引起应力集中，造成抗拉强度降低，而实际工程的结构裂缝，大多数是由于抗拉强度不够引起的。
而裂缝的形成与同期混凝土的物理力学性能有着直接的关系，文章对混凝土温度应力和收缩应力计算过程中所涉及到的混凝土的物理性能进行了初步的研究。
【关键词】：混凝土；力学性能；弹性摸量；收缩；徐变1. 混凝土的收缩自生收缩:混凝土硬化过程中由于化学作用引起的收缩，是化学结合水与水泥的化合结构，也称硬化收缩，这种收缩与外界湿度变化无关。
自生收缩可能是正的变形，也可能是负的(膨胀)。
普通硅酸盐水泥及大坝水泥混凝土的自生收缩是正的，即是缩小的变形，而矿渣水泥的混凝土的自生收缩是负的，即为膨胀变形，掺用粉煤灰的自生收缩也是膨胀变形。
尽管自生收缩的变形不大，但因为矿渣水泥混凝土及粉煤灰混凝土的自生膨胀变形是稳定的，对混凝土的抗裂性是有益的。
塑性收缩:混凝土在浇注后4～15小时左右，水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水份急剧蒸发现象，引起失水收缩变形，是在混凝土初凝过程中发生的收缩。
此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形，都发生在混凝土终凝前，即塑性阶段，故称为塑性收缩。
塑性收缩的量级很大，可达1%左右，所以在浇筑大体积混凝土后4～15小时内，在表面上，特别在养护不良的部位出现龟裂，裂缝无规则，既宽且密，属表面裂缝。
由于沉缩的作用，这些裂缝往往沿钢筋分布。
水灰比过大，水泥用量大，外加剂保水性差，粗骨料少，用水量大，振捣不良，环境气温高，表面失水大(养护不良及用吸水砧模)等都能导致塑性收缩表面开裂。
碳化收缩:大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形为碳化收缩。
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3、荷载重复作用下混凝土的变形（疲劳变形）
◆ 疲劳强度的测定
混凝土的疲劳强度由疲劳试验测 定。采用100mm×100mm×300mm 或着150mm×150mm×450mm的棱 柱体，把棱柱体试件承受200万次或其 以上循环荷载而发生破坏的压应力值 称为混凝土的疲劳抗压强度。
4、混凝土的收缩
混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混 凝土的收缩。
1、一次荷载短期加载下混凝土的变形
(MPa)
C
30
D
B
20 2 4 6 8
（二）
混凝土的变形
1、一次荷载短期加载下混凝土的变形
(MPa)
C
30
D
B
20
E A
10
×10-3
0 2 4 6 8
强度等级越高 线弹性段越长 峰值应变也有所增大
下降段越陡
破坏时脆性越显著
（3）复合受力状态下混凝土的强度
（一）
混凝土强度
混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是 混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的
（1）单向受力状态下混凝土的强度
1）立方体抗压强度
边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度 为20±3℃，湿度≥90%）养护28天，用标准试验方法（加载速 度0.15~0.3N/mm2/s，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率 的抗压强度。
《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级，
级差为5N/mm2。
C30的含义？
2）轴心抗压强度
轴心抗压强度由棱柱体试件测得的抗压强度确定。
按标准方法制作的150mm×l50mm×
300mm的棱柱 体试件，在温度为20土3℃和相对湿度为90％以上 的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有95 ％保证率的抗压强度。
1 1.645
0.45
2
（3）复合受力状态下混凝土的强度
实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双 向或三向受力状态。
1）双轴应力状态
双向正应力作用
拉－压
(拉－拉) 强度基本不变
(拉－压) 强度降低 (压－压) 强度增加
压
（3）复合受力状态下混凝土的强度
实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双 向或三向受力状态。
1）双轴应力状态
双向正应力作用
拉－压
在平面应力状态下，当 两方向应力均为压应力 时，抗压强度相互提高， 最大可增加27％，而当 一方向为压应力，另一 方向为拉应力时，强度 相互降低。 压
正应力和剪应力作用共同作用
混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小 随压应力增大先增大后减小 当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大， 压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将 随压应力的增大而减小。
骨料
水泥结晶体 水泥凝胶体
弹性变形的基础
塑性变形的基础
认识混凝土
C15、 C30 、 C50、C80
混凝土的强度
混凝土的强度
复杂应力下混凝土强度
混凝 土的 强度
立方体抗压强度
单轴应 力状态 下的混 凝土强 度
轴心抗压强度
轴心抗拉强度
混凝土的强度
（1）单向受力状态下混凝土的强度
（2）单向受力状态下混凝土的强度之间的关系
◆ 影响因素
混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及 尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护 条件等许多因素有关。 （1）水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越 大。 （2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。 （3）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。 （4）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。 （5）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。 （6）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。 （7）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。
f cc ——被约束混凝土的轴心抗压强度；
f c ——非约束混凝土的轴心抗压强度；
混凝土的变形 1、一次荷载短期加载下混凝土的变形 2、一次荷载长期作用下混凝土的变形
3、荷载重复作用下混凝土的变形
4、混凝土的收缩与膨胀
5、混凝土的应力-应变关系
6、混凝土的模量
（二）
混凝土的变形
混凝土在结硬过程中，由于水泥石的 收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在 骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝， 成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终 破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。
5、混凝土的应力-应变关系
◆《规范》应力-应变关系
70
c n 上升段： c f c [1 (1 ) ] 0 0 下降段： c f c 0 u
1 n 2 ( f cu 50 ) 60 峰值应变 0 0.002 0.5( f cu 50 ) 10 5
C80
60
50
C60
40
C40
30
20
C20
10
0 0.001 0.002 0.003 0.004
u 0.0033 ( f cu 50 ) 10 5
极限压应变
《规范》混凝土应力-应变曲线参数 ≤C50 2 0.002 0.0033 C60 1.83 0.00205 0.0032 C70 1.67 0.0021 0.0031 C80 1.5 0.00215 0.003
际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。
2）轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系
混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，
1 1 为抗压强度 ～ 。 9 18
《混凝土结构设计规范》规定轴心抗拉强度 标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系为：
ftk 0.88 0.395 f
0.55 cu , k
2）三轴受压状态下混凝土的强度
200
3= 50N/mm2
150 35N/mm2
1
100 10N/mm2 50
3
侧向压应力的存在可 提高混凝土的延性。
3
工程应用：约束混凝土 钢管砼
0
5
10 15 1 (‰)
20
25
密配螺旋箍筋
2）三轴受压状态下混凝土的强度
侧向压应力的 存在可提高混 凝土的延性。
工程应用：约束混凝土
钢管砼 密配螺旋箍筋
2）三轴受压状态下混凝土的强度
侧向压应力的 存在可提高混 凝土的延性。
工程应用：约束混凝土
钢管砼 密配螺旋箍筋
（2）三轴受压状态下混凝土的强度
侧向压应力的存在可提高混凝土的抗压强度，关系为
f
式中
' cc
f (4.5 ~ 7.0) f L
' c
f l ——侧向约束压应力。
fcu n
0 u
6、混凝土的模量
混凝土在经过一次加卸 载循环后将有一部分塑性变 形不能恢复，在多次加、卸 载过程中这些塑性变形不断 积累，但每次循环产生的残 余塑性变形将随着循环次数 的增加而不断减少。
3、荷载重复作用下混凝土的变形（疲劳变形）
加卸载应力-应变环会越来越密合应力
fcf
疲劳变形 与应力
加卸载不能形成封闭环 >fcf
徐变 对结 构的 影响
徐变会使构件的变形增加，在钢筋混 凝土截面中引起应力重分布，在预应 力混凝土结构中会造成预应力的损失。
徐变 的影 响因 素
混凝土的级配、水灰比、初始加载龄 期、初应力大小，养护使用条件
3、荷载重复作用下混凝土的变形（疲劳变形）
混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的．混凝土在荷载 重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。
延性越差
不同强度混凝土的应力-应变关系曲线
2、荷载长期作用下混凝土的变形
混凝土在荷载的长期作用下，其应变或变形随时间而不断 增长的现象称为徐变。
混凝 土的 徐变 特性 主要 与时 间参 数有 关。
如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变el'。由于混凝土 弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变el'小于加载时的瞬时弹 性应变 el。再经过一段时间后，还有一部分应变el''可以恢复， 称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变cr'
收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。
自由收缩 收缩的性质 约束收缩 来自内部的钢筋约束 来自支座的外部约束
自由收缩一般不会引起拉 应力，故不会开裂 收缩对结构的影响 约束收缩产生收缩应力甚 至开裂
4、混凝土的收缩
0.4 0.3
常温养护 蒸汽养护
0.2
0.1
0 5 10 时间 (月) 15 20
第二章 混凝土结构材料 的物理力学性能
混凝土的物理力学性能 钢筋的物理力学性能
混凝土与钢筋的粘接
混凝土的物理力学性能
混凝土的组成结构(自学) 要 点
混凝土的强度
混凝土的变形
混凝土的组成结构
普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的 人工石材，是多相复合材料。 Ａ.微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体 骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。 Ｂ.亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。 Ｃ.宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。
1）轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系
f ck 0.88k1 k2 f cu ,k
强度比 脆性折减系数
fcu,k：立方体抗压强度标准值。 Fck：混凝土轴心抗压强度标准值。 式中： k１为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大
于C50级的混凝土取0.76，对C80取0.82，其间按线性插