混凝土结构材料的物理力学性能

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1、第二章混凝土结构材料的物理力学性能主讲人：胡修文工程地质与岩土工程系2017春钢筋与混凝土的物理力学性能，以及共同工作的特性，直接影响混凝土结构和构件的性能，也是混凝土结构计算理论和设计方法的基础本章重点：
混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能及其选用原则；
土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则；
混凝土与钢筋的粘结和锚固2.1混凝土的物理力学性能1.混凝土的组成结构2.单轴应力状态下的混凝土强度3.复合应力状态下混凝土的强度4.混凝土的变形一、混凝土的组成结构组成：水泥、砂、粗骨料（碎石）和水按一定的配合比制成的人工石材，是多相复合材

2、料碎石：5-40mm三种基本结构类型：微观结构－－水泥石结构水泥砂：0-5mm亚微观结构－－水泥砂浆结构宏观结构－－砂浆和粗骨料两组分体系组成：水泥凝胶、晶体骨架、水泥石未水化完的水泥颗粒和凝胶孔结构其物理性质：由水泥的化学矿物成分、细度、水灰比、凝结硬化条件等决定。水泥砂浆水泥砂浆－－基相，骨料分布在砂结构及砂浆中，砂浆与粗骨料的界面是结合的薄弱面，存在微裂隙。骨料的分浆和粗骨布以及基相在界面的结合强度是影料结构响砼力学性质的重要因素泌水作用引起沉缩，水泥浆水化造成的收缩和硬化作用干缩，使界面引起结合破坏，形成随机分布的界面裂缝砂、石、晶体、水

3、弹性骨架：承受外力，产生弹性变形泥颗粒凝胶、产生塑性变形。混凝土受力破坏的起源。孔隙和在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝微裂缝土的力学性能有着极为重要的影响。水泥胶体的多年才能完成，混凝土的强硬化过程度和变形随时间逐渐增长二、单轴应力状态下的混凝土强度混凝土结构中，主要是利用其抗压强度。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（1）砼的强度等级①砼强度等级的确定根据砼标准试件在标准条件下养护28天，用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度确定a.标准试件圆柱体：美国、加拿大、日本等立方体：我国边长150mmb.标准养护条件温度为2

4、0°C±3°C，相对湿度为90％以上的潮湿空气环境c.标准试验方法指砼在试验过程中采用恒定的加载速度，试件两端不涂润滑剂强度等级＜C300.3～0.5（N/mm2）/秒强度等级：C30～C600.5～0.8（N/mm2）/秒强度等级：≥C600.8～1.0（N/mm2）/秒②砼立方体抗压强度标准值指混凝土标准试件在标准条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有95％保证率的立方体抗压强度值。用f表示，单位N/mm2cu,k③砼强度等级划分《混凝土结构设计规范》规定：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定《混凝土结构设计规范》根据fcu,k将砼

5、强度划分为14个强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80，共14个等级，级差为5N/mm2。C50～C80－－高强砼④强度等级表示法的含义C－－concrete；数字－－立方体抗压强度标准值例如：C30表示f＝30N/mm2混凝土强度等级cu,k⑤影响砼立方体抗压强度的因素a.试验方法沿力的方向产生破坏裂缝，测得的形成两个对抗压强度低顶的角锥形破坏面，抗压强度较高涂润滑剂不涂润滑剂b.尺寸效应概念同样配合比的砼，在试验条件相同的情况下，不同尺寸大小的试件表现出不同的力

6、学特性现象：小尺寸砼试件所测得的抗压强度值较大试件高原因：砼试件尺寸越小,垫板对其约束作用越大,抗压强度越高;试件高宽比越大,约束作用越小，强度越小c.砼龄期及环境砼成型后，其抗压强度随龄期逐渐增长，增长速度开始较快，1--潮湿环境2--干燥环境后来逐渐缓慢，增长过程达好几年，在潮湿环境延续更长砼立方体强度随龄期的变化d.加载速率现象：同样配比加载速度越快，测得的强度越高原因：变形、破坏的滞后性（2）砼的轴心抗压强度①轴心抗压强度fc棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力概念：指用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度标准试件150mm×15

7、0mm×300mm试件上下表面不涂润滑剂棱柱体试件的抗压强度都比立方体的强度值小②棱柱体试件的确定a.足够的高度尽量减小试件受试验机压板与试件之间摩擦力的影响b.避免试件过高试件过高，在破坏前产生较大的附加偏心而降低抗压极限强度c.试件的高宽比取2～3混凝土棱柱体抗压试验和破坏情况③轴心抗压强度标准值《混凝土结构设计规范》规定：棱柱体标准试件试验测得的具有95％保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号fck表示④砼轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系a近似成线性关系,比值为0.70～0.92b.考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际

8、构件强度与试件强度之间存在差异，《规范》基于安全取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为fck=0.88α1α