混凝土的力学性能PPT课件

四、混凝土的物理力学性质
Physical and Mechanical Properties of Hardened Concrete
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
Dimensional Stability of Concrete
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： ❖ 在 粒 混界间凝混面的土凝过滑土单渡移是轴区、一受，孔个且隙压多过中下物渡 水相的区 的、有 迁－多原 移孔生 等曲性微 因线的裂 素复可缝 导合以。 致材受 产分料力 生为，下 塑4其， 性个主界变阶体面形段是裂。颗：缝裂粒过展没体的缝堆基产渡，有系扩成聚体生区但裂－展为体相裂裂基缝破、连，中缝缝体坏颗续存扩相
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
.
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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
水泥石
基体相
➢水
➢ 粗骨料 ➢ 细骨料
骨料
分散相
❖ 混凝土的弹性模量取决于下列4个要素：
决于水泥石和骨料的弹性模
0
0.5
1.0
量，以及骨料的体积分数 .
混凝土中骨料的体积分数
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影响混凝土弹性模量的因素
❖ 水泥石基体相的弹性模量
➢ 水泥石基体相的弹性模量受其孔隙率控制：
Ep=E0(1－Pc)3，即孔隙率越大，弹性模量越低；
❖ 水泥石的孔隙率的影水响因素：
➢ 水灰比 水灰比越小，泥 石弹性模量越高;
➢ 在较低应力(＜极限应力fcp的30%)下，以弹性变形为线主；料
➢ 在塑较性高变应形力量越(＞大fc；p的30%)下，产生弹水塑泥性石变形，应力水平、水越高，
➢ 混凝土强度越低，塑性变形越大。
泥 石
和
混
凝
塑
弹土的
混凝土受压的应力重－复应混荷凝变载土作全受用曲压下的线应的力应－力应应-变应全变曲曲线线
➢ 在极限应力fcp的30%以下，界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
➢ 当发应扩力展＞的水fcp平的，75应~8变0%随时应，力应增变长.能很释快放，速直度至达裂到缝在成持为久联应系力界体下面系裂过—缝渡破自区坏6 。 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
❖ ❖
混非为线线弹凝线了处弹 性土性工理我的的程，性 模国应，设有模 量现力计三所量 。行－，种以定应故处，标义变常理混准为行对方凝指为应式土混定不力：的凝以完弹~土应应全性变的难 很遵模力曲以 低弹循量准 ，线性虎不=确 实的1克是模测 用/初3量 意定一量始f，义c律个pE阶应小时，恒h力。—段的定水作—－值加平近静。荷曲似力线割直是
➢ 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.的体积含量)Vg。
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➢ 界面过渡区特性
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，c1＝a Vg+ p (1－Vg) 根据虎克定律： ＝ E
➢ 水泥水化度(龄期) 弹的 弹性模量随水化龄期不断增长;
➢ 空气含量 含气量越性大，弹性模量越低；
龄期(天)
➢ 矿物掺合料
模 量
➢ 含水状态 吸水饱和时的弹性模量大于干燥时的；
(GPa)
.
水灰比
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水灰比和水化龄期对水泥石弹性模量的影响
三问硬：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：
❖ 荷载各作种用变下的形变的形特征是什么(What)？
➢➢弹非这性弹些变性形变变形形是如何产生的(How)？
❖ 非荷影载响作这用下些的变变形形的因素有那些(Which)？
➢ 收缩变形
➢ 膨胀变形
❖ 复合作用下的变形
引深思考：如何减小或消除这些 变形的负面影响
➢ 原点切线弹性模量 Eo = tan 1；
➢ 割线弹性模量 Eh = tan 2；
原点切线
➢ Hale Waihona Puke 线弹性模量 Et = tan 3。
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
.
7
(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
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；
Ec
❖ 公式(1)和(2)分别为混凝土
弹性模量的上、下限；
Ea
❖ 公式的适用取决于骨料与水 泥石的弹性模量之比Ea/Ep：
(1) (3)
❖ Ea/Ep=1，3个公式均适用， 一般Ea/Ep＞1，公式(3)最接
(2)
近实际情况；
Ep
❖ 所以，混凝土的弹性模量取
➢ 徐变
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；
.
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(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，水泥石也是力弹性受体，
❖ 但特生由点塑骨：性料混变与凝形水土。泥在石压组应骨混成力料凝的作土混用凝下土，是既一产种生弹 弹塑性性变－应变曲体形。，压时，骨也产
得到： Ec＝EaVg+Ep(1－Vg)
(1)
因为：c＝a＝p ， c 1＝ aVg+ 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/Ec)＝[(1-Vg1/2)/Ea]. + Vg1/2/{EaVg+[Ep(1-Vg1/2)]} (31)0