【文章內容簡介】 土的抗拉強度一般約為抗壓強度的 1/7～ 1/14。 測定混凝土抗拉強度的方法有軸向拉伸試驗和劈裂試驗兩種， 一般采用劈裂法。 劈裂抗拉強度 fts按下式計算 : fts = 2P/(πA) = 抗拉強度 RL與與劈拉強度的關系： RL＝ fts 四、 混凝土的的變形與抗裂性 ? 混凝土的物理與化學變形 ? 混凝土在荷載作用下的變形 ? 混凝土的抗裂性 （一）混凝土的物理與化學變形 ? 濕脹干縮 ? 溫度變形 ? 自生體積變形 1. 濕脹干縮 混凝土的干燥收縮變形產(chǎn)生的 原因 主要是由于飽和的水泥漿露置于低濕度的環(huán)境中，水泥漿體中的水化硅酸鈣因毛細孔和凝膠孔中水分蒸發(fā)，而失去物理吸附水所導致的收縮應變 . 混凝土的干縮可劃分為 可逆收縮 和 不可逆收縮 ?？赡媸湛s屬于再次干濕循環(huán)所產(chǎn)生的總收縮的一部分，而不可逆收縮則是屬于第一次干燥后再潮濕所產(chǎn)生的總收縮的一部分，而在以后的干濕循環(huán)過程中不會再發(fā)生。 濕脹干縮圖 （ 1）干縮率大小與危害 干縮變形大小表示： 干縮率 測定條件： 100mm 100mm 500mm， 20177。 3oC, RH55~65%養(yǎng)護。 危 害： 使混凝土表面產(chǎn)生拉應力，引起表面裂 紋，使混凝土抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕性能 降低。 0 tbLLL??（ 2）影響混凝土干縮的主要因素 ? 單位用水量 ? 水灰比 ? 骨料粒徑與級配 ? 水泥品種與細度 ? 集料的體積含量 ? 環(huán)境濕度 ? 養(yǎng)護條件 ? 外加劑 溫度收縮變形 冷 縮：由于溫度下降所引起的體積收縮。 混凝土的熱膨脹系數(shù)隨集料的熱膨脹系數(shù)而變。通?；炷恋臒崤蛎浵禂?shù)為（ 6～ 12） 106/℃ 。 如熱膨脹系數(shù)為 10 106/℃ ，溫度下降 15 ℃ ，則產(chǎn)生 150 106溫度收縮應變。若混凝土彈性模量為 104 MPa，在約束條件下，則產(chǎn)生拉應力。 LLT????影響溫度收縮變形的因素 ? 水泥品種與水泥用量 ? 集料特性－－熱膨脹系數(shù) ? 混凝土水灰比及摻合料種類、摻量 ? 施工技術 自生體積變形 混凝土在硬化過程中，由于水泥水化而引起的體積變化稱為自生體積變形。 水泥在水化過程中由于無水的熟料礦物轉變?yōu)樗铮运蟮墓滔囿w積比水化前要大得多。水泥完全水化后水化凝膠約是水化總水泥體積的 2倍，但對于水泥一水體系的總體積來說，卻是要縮小，發(fā)生縮小的原因是水化前后反應物和生成物的密度不同。 自生體積變形 水泥熟料中各單礦物的縮減作用，無論就絕對數(shù)值或相對速度而言，其大小都按下列順序排列： C3AC4AFC3SC2S 對硅酸鹽水泥來講，每 100g水泥的縮減總量約為 7~9cm3，如果每立方混凝土中水泥用量為 250kg，則體系中縮減量將達 20L/m3?？梢姡捎谒嗫s減作用所產(chǎn)生的孔隙，也會達到相當可觀的數(shù)值，它會影響水泥石的抗凍性和抗水性以及耐久性。 （二）混凝土在荷載作用下的變形 應力一應變關系 混凝土應力應變關系，隨應力（ σ）大小的不同，可分為三個階段。 （ 1） σ（ ～ ） fcu 應力 —應變曲線近于直線，混凝土的變形主要是彈性變形，也有極少的塑性變形。塑性變形是由于混凝土內原生裂隙被壓閉合，以及局部拉應力引發(fā)了極少的新生微裂隙。 在短期荷載條件下（按一般靜力試驗加荷），混凝土應力一應變和應力一體積應變曲線 應力 —應變曲線的曲率增大，體積變形曲線的壓縮率逐漸減小，直到體積壓縮停止。此階段混凝土內裂縫穩(wěn)定擴展，由于混凝土內裂縫的擴展，混凝土的總變形中包括有較多的塑性變形。這種塑性變形與混凝土內裂縫發(fā)展相聯(lián)系的，稱為假塑性。 在短期荷載條件下（按一般靜力試驗加荷），混凝土應力一應變和應力一體積應變曲線 （ 2） σ為（ ～ ） fcu至（ ～ ） fcu之間： （ 3） σ≥（ ～ ） fcu 混凝土內出現(xiàn)不穩(wěn)定裂縫擴展?；炷帘砻娉霈F(xiàn)可見裂縫，其體積變形曲線反轉，體積開始轉向膨脹，直到應力達到極限抗壓強度 fcu ，而后變形繼續(xù)增加，直至破壞。 在短期荷載條件下（按一般靜力試驗加荷），混凝土應力一應變和應力一體積應變曲線 承受拉應力時：混凝土應力一應變曲線 此曲線在應力較低時更接近于直線，當 應力超過極限抗拉強度的70％左右 時，曲線明顯彎曲，隨即破壞。 在重復荷載作用下的應力一應變曲線 在重復荷載作用下，應力一應變曲線因作用應力大小的不同而有不同的型式。 ? 重復應力小于 (～ )fcu時，每次卸荷都殘留少量塑性變形，且隨著 A′C′線。它與初始切線大致平行。 ? 當重復應力大于 (～)fcu時，隨著重復次數(shù)的增加，塑性應變將逐漸增加，最后導致疲勞破壞。 變形模量 ?混凝土的變形模量是指應力一應變曲線上任一點 的應力與應變的比值。在計算鋼筋混凝土的變形、裂縫開展、大體積混凝土的溫度應力以及進行結構物應力觀測時，均需了解混凝土的變形模量。 ?當混凝土所受應力大小不同時，其變形模量也不同。故在上述計算和觀測中，應采用不同的變形模量。 ?在混凝土及鋼筋混凝土結構設計中，常采用按標準方法測得的變形模量，稱為混凝土靜力彈性模量（ Eh）。 （二）混凝土在荷載作用下的變形 混凝土靜力彈性模量與混凝土強度關系 混凝土靜力彈性模量與混凝土強度密切相關。強度越高，彈性模量越大，且混凝土靜力彈性模量隨養(yǎng)護溫度的提高及齡期的增大而增大。當缺乏試驗資料時， 28d齡期 Eh（ MPa）可按下式經(jīng)驗公式近似計算： fcu ——混凝土 28d齡期立方體抗壓強度， MPa。 影響混凝土靜力彈性模量的其它因素 ? 混凝土的水泥漿含量較少時，彈性模量較大； ? 骨料彈性模量較大時，混凝土彈性模量也較大 ? 摻引氣劑混凝土的彈性模量較普通混凝土低20%~30％。 彈塑性模量和抗拉彈性模量 ? 當 σ≥(0． 5～ 0． 7)fcu時，混凝土應力一應變曲線明顯彎曲，故變形模量明顯減小。這時的變形模量稱為彈塑性模量 E’h。 ? 當計算構件出現(xiàn)裂縫前的變形時，應采用彈塑性模量，常取 Eh=。 ? 混凝土抗拉彈性模量 Et時，是用斷面 100mm l00mm的軸心拉伸試件，進行軸心拉伸試驗測定試定的 . ? 混凝土的 Et與 Eh十分接近，當缺乏試驗資料時，常取 Et=Eh。 3．徐變與松馳 (1) 徐變 隨著荷載作用時間的延長，混凝土變形將逐漸增大。這種隨時間增長的變形稱為徐變。 混凝土徐變是加荷齡期 τ和荷載持續(xù)時間 t的函數(shù)。 ① 當 σ(0． 3～ 0． 5)fcu時 在持荷時間內，變形隨時間延長而增長。卸除荷載后，部分變形瞬時恢復，少部分變形逐漸恢復，稱為徐變恢復。此外，還會保留部分永久變形。 徐變量 ε（ τ， t）與應力 σ成正比 ε（ τ， t） =C（ τ， t） σ C（ τ， t） ——徐變度或比徐變。 ②當 σ(～ )fcu時 徐變變形增長比應力增長為快； ③ 當 σ≥(～ )fcu時 混凝土將由于變形的不斷增長而破壞；持荷時間越長破壞應力越低。 當持荷時間趨近于無限大時，其破壞應力稱為持久強度。 混凝土的徐變的原因 混凝土的徐變是由于水泥石的徐變所引起的。而水泥石的徐變則產(chǎn)生于凝膠體中的水分在荷載作用下的遷移，、以及在長期荷載的作用下凝膠體的粘性流動。砂、石骨料及水泥石中的未水化水泥內核及結晶體，可以認為是不產(chǎn)生徐變的，且它們還能阻礙水泥石變形，減少混凝土徐變?；炷林械目紫?，則與骨料相反，增加了混凝土的徐變。 影響混凝土徐變的因素 ? 混凝土的加荷齡期 (τ)較短時，產(chǎn)生的徐變較大； ? 水灰比 較大及強度較低的混凝土，徐變較大； ? 水灰比相同時， 水泥用量 較多的混凝土徐變較大； ? 在水泥中摻有礦渣或火山灰質混合材料或采用 摻混合材料 硅酸鹽水泥時，可增大混凝土徐變； ? 加入 引氣劑 ，可增大混凝土徐變； ? 充分 養(yǎng)護 ，特別是水中養(yǎng)護，可使混凝土徐變減小。 ? 混凝土拉伸徐變較應力相等時的壓縮徐變大 20％～ 30％。 混凝土徐變對建筑物的受力影響 混凝土徐變對建筑物的受力影響很大，由于混凝土徐變，結構內部會發(fā)生應力和變形重分布。例如： ? 在鋼筋混凝土中，由于混凝土的徐變，將使鋼筋所承受的應力增大。 ? 在預應力鋼筋混凝土中，混凝土的徐變會使鋼筋的預加應力受到損失。 ? 徐變還能使結構內應力集中現(xiàn)象得到緩解。 ? 徐變也能降低大體積混凝土的溫度應力。 （ 2）應力松弛 加荷使混凝土產(chǎn)生一定變形后，若維持此變形不變，隨著時間的延長，混凝土內的應力將逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為應力松弛。產(chǎn)生應力松弛的原因與徐變相同。 （三）混凝土的抗裂性 混凝土的裂縫 混凝土的開裂主要是由于混凝土中 拉應力超 過了抗拉強度，或者說是由于拉伸應變達到或超 過了極限拉伸值 而引起的。常見裂縫起因于限制 收縮和自由膨脹。 大體積混凝土發(fā)生裂縫的原因有干縮和溫度 應力兩方面，其中溫度應力是最主要的因素。 結構物受荷過大或施工方法欠合理以及結構 物基礎不均勻沉陷等都可能導致混凝土開裂。 混凝土裂縫的防止 為防止混凝土結構的裂縫，除應選擇合理的結構型式及施工方法，以減小或消除引起裂縫的應力或應變外，還應采用抗裂性較好的混凝土。采用 補償收縮混凝土 ，以抵消有害的收縮變形，也是防止裂縫的重要途徑。 混凝土抗裂性指標 (1) 混凝土極限拉伸（ εp） ：混凝土軸心拉伸時，斷裂前最大伸長應變稱為極限拉伸。在其它條件相同時，混凝土極限拉伸值越大，抗裂性越強。 (2) 抗裂度（ D） ： 極限拉伸與混凝土溫度變表系數(shù)之比（單位為 ℃ ）。也即以溫差（ ℃ ）量度的極限拉伸： α——混凝土溫度變形系數(shù)。 抗裂度越大，混凝土抗裂性越強。 ?? pD ?（ 3）熱強比（ H/R） 某齡期單位體積混凝土發(fā)熱量與抗拉強度之比（ J/m3/MPa）。混凝土發(fā)熱量是產(chǎn)生溫度應力主要原因，發(fā)熱量小，溫度應力小?？估瓘姸仁欠乐归_裂的主要因素。因此，混凝土熱強比越小，抗裂性越強。 （ 4）抗裂性系數(shù)（ CR） ：以止裂作用的極限拉伸與起裂作用的熱變形值之比作為抗裂性系數(shù)（ CR）。 CR值越大，抗裂性越好。 式中 ΔT——混凝土絕熱溫升。 TCR p???? 提高混凝土抗裂性的主要措施 ? 選擇適當?shù)乃嗥贩N ? 選擇適當?shù)乃冶? ? 采用多棱角的石灰?guī)r碎石及人工砂作混凝土骨料 ? 摻用適量優(yōu)質粉煤灰或硅粉 ? 摻入減水劑及引氣劑 ? 加強質量控制，提高混凝土均勻性 ? 加強養(yǎng)護 五、 混凝土的耐久性 耐久性的概念 混凝土的耐久性就是指混凝土在所處環(huán)境條件下 , 能保持其原有的性能 ， 抵抗受破壞作用的能力 。 耐久性是混凝土的一種綜合性質 , 它包括抗凍、抗?jié)B、抗沖磨、抗氣蝕、抗侵蝕及抗碳化、堿骨料反應、抗風化及混凝土中鋼筋腐蝕等性能。 美術館梁鋼筋銹蝕情況 耐久性 美術館地下室頂板鋼筋銹蝕情況 耐久性 耐久性 引自北京市政設計研究院的資料 耐久性 耐久性 寧波北侖港碼頭混凝土梁 ―― 建成后 11年 耐久性 敦煌－電線桿 耐久性 沈陽－山海關高速公路冬季撤鹽 耐久性 （一） 混凝土的抗?jié)B性