混凝土工程讲义

• 混凝土的碳化
在钢筋混凝土体系的内部存在物理、化学方面的不均匀性， 往往产生不同程度的电位差，使钢筋具备电化学腐蚀的基本 条件，但因混凝土的初始碱度（pH值大于12），钢筋表面 会形成一种致密不稳定的钝化膜，可以有效地抑制电化学反 应而防止钢筋锈蚀。混凝土的碳化是指大气中的CO2，不断 向混凝土内部渗透，并与其中的碱性水化物，主要是与Ca （OH）2发生的物理化学过程。碳化可使混凝土碱度降低至 10以下。当碳化深度达到钢筋表面时，将破坏钝化膜，在有 水和氧供给的情况下将导致钢筋的锈蚀。 研究还指出，当pH>12，但砂浆中含氯离子过多（占砂浆 重0.6%）,钢筋也可能锈蚀。国内外的试验都表明，混凝土 碳化深度与时间的方根成比例。
当应力为常数时，也即混凝土构件承受静止荷载 （如结构楼板上的装饰面层）时，随着荷载持续 时间的增长，混凝土的变形也将增大，这种现象 称为徐变，增长的变形称为徐变变形。由于混凝 土的徐变性能会使构件的变形增加，它在钢筋混 凝土构件中将引起应力重分布现象，在预应力混 凝土结构中则会造成预应力损失。
徐变与下列因素有关：
不论哪种配合比下的混凝土，粗细骨料都是分散 在水泥浆内，即骨料颗粒是被水泥浆包裹着，通 常是由细骨料（砂子）与水泥浆组成水泥砂浆， 而粗骨料（碎石或跞石）则浸埋在水泥砂浆内， 最后硬结成为内部结构极为复杂的，非均质各向 异性的非连续体的建筑材料。试验表明，普通混 凝土内的各个组成部分（水泥石即硬化水泥浆、 砂浆和粗骨料），其各自的抗压强度一般都比作 为整体材料的混凝土的抗压强度高。原因是由于 水泥浆和骨料接触面上的粘结力较弱，骨料和水 泥浆间的粘结强度是混凝土组成体系中最弱的环 节，对混凝土特性起着重要的作用。
混凝土试件在三向受压下不仅能提高其强度， 而且能提高其延性。随着侧压力的增加，试件 的强度和延性都有显著提高。在圆柱形混凝土 外设置箍筋或螺旋箍，乃至钢管柱以约束混凝 土均能取得类似的效果。
根据国内外大量资料的统计分析，混凝土在多次重 复荷载作用下的破坏极限强度要低于混凝土的静力 极限强度。混凝土的疲劳强度还和循环次数及混凝 土的强度等级有关。在应力重复作用次数足够多时， 将因混凝土严重裂开或变形过大而破坏。通过对混 凝土表面和内部微裂缝的观测表明，疲劳破坏是内 部微裂缝逐渐形成发展和贯通的结果。与由静荷载 引起的破坏相比，混凝土疲劳破坏时具有较大的变 形和严重开裂现象。因此，混凝土的疲劳破坏表现 为具有相当变形的非脆性破坏。
混凝土的物理力学性能主要反映在两个方面： 其一是抵抗荷载的能力，即所谓破坏强度问 题； 其二是在荷载或自然环境下体积的变化问题， 即所谓变形问题。 当然混凝土的碳化速度也是很重要的，而对 某些工程来说，混凝土的防渗、耐热及耐磨 等其它物理性能也同样重要。
我们通常所说的混凝土强度等级是按混凝土立方体的抗压 标准强度确定的，它是采用标准制作方法制作的，每边为 150mm的立方体试块，在20±2℃的温度和相对湿度在 95%以上的潮湿空气中养护，在28天龄期，按照标准试验 方法测得的具有95%保证率的抗压极限强度值，为混凝土 立方体抗压标准强度。混凝土的抗压极限强度随混凝土的 龄期逐渐增长，增长的速度开始较快（特别是在前28天）， 后来逐渐缓慢，强度增长过程与养护条件有关，在潮湿环 境中强度增长的过程往往要延续很多年。 我们通常所说的混凝土的强度等级是针对混凝土的抗压强 度来说的，一般不去考察混凝土的抗拉强度，因为当增加 水泥用量或提高混凝土强度等级时，抗拉强度的增加程度 远不如抗压强度那样。
（一）荷载的历时 （二）加载龄期 （三） 湿度 （四）温度 （五）混凝土的组成成分
• 混凝土的收缩和膨wenku.baidu.com变形
收缩是混凝土在不受荷载情况下因体积变化而产生的变形。 引起混凝土体积变化而产生收缩的原因很多，广义地讲， 收缩可由两种情况引起：一种是干燥失水引起，也称为物 理性收缩，这种变形是可以恢复的；另一种是由于水泥和 水拌和以后，水泥颗粒吸收水分后凝结形成水泥胶体，胶 体中水泥颗粒与水不断水化作用，形成一种新的晶体化合 物，这种晶体化合物较原材料体积为小，因而引起体积的 不断收缩，称为化学性收缩，这种收缩随着时间的增加而 增加，但增加的速度逐渐减少，是一种不能恢复的收缩变 形。试验表明：水泥用量越多、水灰比越大、骨料颗粒愈 小、孔隙率愈高、骨料的弹性模量愈低、则收缩也愈大。 此外，在混凝土结硬过程中周围湿度大以及使用环境的湿 度大时，则收缩较小。
一、混凝土基本力学性能简介
传统的混凝土是由水泥、砂、石子和水拌合而成， 浇筑后逐渐硬化成具有很高强度的密实块体。随着 时代的发展，人们对混凝土的性能提出更多的要求， 混凝土的组成材料也逐渐增多，掺加矿物掺和料以 改善混凝土的和易性，掺加减水剂以降低水灰比等， 混凝土的组成材料变得更加复杂。
影响混凝土力学性能的因素很多，如组成混凝土的 骨料和水泥浆体的体积比；骨料颗粒的尺寸和分布； 水泥浆体发挥作用的程度；骨料和水泥浆体的力学、 物理和化学性质；骨料和水泥浆体结合面的性质； 温湿度条件以及试件尺寸、形状的影响；应力或应 变的状态，还有加载形式（静荷载或动荷载，长期 荷载或短期荷载）以及加载方式（匀速的、重复的 或交变加载，快速加载）的影响等等。
前面介绍的混凝土标准抗压强度，是混凝土试件处 于单向受力状态下得到的结果。而在实际的钢筋混 凝土结构中，混凝土很少处于单向受力状态，如梁、 板和壳，这些结构中的应力主要是两向的。而螺旋 钢筋柱或钢管柱核芯部分的混凝土则是处于三向受 压状态，因而需要研究混凝土在双轴和三轴作用下 的强度。
当二向受压时，其最大受压强度增加，当应力之比 为0.5时,最大强度增加约为25%，而在两向相等的 压力下，强度增加约为16%；在一向受拉，一向受 压时，受压强度随着受拉应力的增加几乎是直线地 下降；在两向受拉的情况下，其受拉强度和单向受 拉时的强度基本相同。 当三向受压时，混凝土的约束抗压强度提高很多， 它与侧向施加的压力有关。