二 混凝土的物理力学性能.doc

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() 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／cm2)，此值即所谓标号() (2-1) —试件破坏时的最大受压荷载（kg）， —试件受压面积（cm2）， —试件破坏强度（kg/cm2）， 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(单位为磅／平方英寸或kg／cm2)。 同立方体强度变化相似，不同直径圆柱体的强度也是直径愈小，实测强度()值愈大，图2-2是圆柱体实测强度的变化。 显然，混凝土圆柱体强度不等于立方体强度。试验实测资料分析结果表明，／比值随混凝土强度水平而定。（赫梅特）建议／比值变化关系为： ／=0.76+0.2≤1.0 (2-2) 是6英寸(15cm)立方体试块强度，以磅／平方英寸计。其实强度本身不是这一比值的唯一影响因素。为简便起见，对普通强度级别混凝土来说，／比值可近似地取下列平均值(为标准立方体强度： ／0.83或0.85 标准条件下的立方体或圆柱体试验，无论是试件的养护或受力条件等，都不能与实际工程中混凝土的真实情况完全相同。图2-3是一些实际工程结构中混凝土强度和试块强度实测结果的比较[2-8]，表明标准试块强度与存放在实际结构环境试块和以实际结构中钻出的试件所得的强度，彼此并不完全相等，标准试块强度最高。因此，标准试块强度不能代表实际结构中真实的受力情况。立方体或圆柱体强度值本身只不过是衡定混凝土强度高低的一个度量指标。 根据标准试块强度或标号的不同，各国规范都把混凝土分成若干种标号或等级。当前世界各国多趋向使用高标号混凝土。预应力混凝土已达到700号，甚至到800号～1000号以上。轻质混凝土标号也已达到500～600号以上。日本自1970年以来，曾在铁路桥梁建筑中使用圆柱体强度高达1000kg／cm2，为世界上现场浇注普通混凝土标号最高者。如特殊工程中采用浸渍混凝土，其强度目前可达到2000kg／cm2以上。从一些资料分析来看，混凝土标号从400号提高到800号时，造价约增加50％，而承载能力可提高一倍左右，因此，采用高标号混凝土是减轻结构特别是大跨结构自重的一种有效途径。因此，高标号混凝土。特别是高强轻质混凝土，是目前国内外的发展方向。 2）．棱柱体抗压强度() 试验研究结果表明，方形棱柱体试件的抗压强度与高度（）有关，强度随高度增大而减小，当高度在=3～4左右时（为方形柱体截面边长），抗压强度变化不大。在=3～4范围时，加载垫板与试件接触面间的摩阻力对破坏已无很大影响，使试件中部成为单轴的真正均匀受压破坏。采用=3～4的棱柱体试件，按立方体试验同样方法所得的平