1、第2章 混凝土的基本力學性能2.1 抗壓強度一、 實驗方法1試件形狀與試件尺寸采用不同試件的原因：（1） 考慮尺寸效應的影響（2） 考慮承壓板下部摩擦約束的影響（3） 考慮工程中應用的方便性混凝土抗壓實驗試件北美、日本、歐洲中國中國中國中國形狀圓柱體立方體立方體立方體棱柱體尺寸（mm）6×12（150×300）150×150×150100×100×100200×200×200150×150×300強度符號，2減摩措施（1） 考慮減摩的必要性 承壓板與試件端部的摩擦力使得混凝土試塊端部處于（不均勻

2、）三向受壓狀態，圣維南效應范圍外的混凝土處于單向受壓狀態，所測抗壓強度與混凝土的實際抗壓強度之間沒有對應關系，只能反應相對抗壓強度大小。（2） 常見減摩措施l 不減摩，對于測定混凝土的強度等級（強度相對值），不需采取減摩措施。l 墊層減摩，要求，常用材料有鋁、黃油、二硫化鉬（MoS2）油膏、異丁橡膠、聚四氟乙烯（Teflon）等l 刷形加載板l 柔性加載板3加載方向 由于新拌混凝土骨料的沉陷和水泥砂漿的泌水性質，平行澆注方向混凝土的抗壓強度高于垂直于澆注方向的抗壓強度，所以要求加載方向垂直于澆注方向。4加載速度 加載速度（應變速率）對混凝土抗壓強度影響很大，中國規范規定加載速度為：(0.30.

3、5)N/(mm2×s)二、 影響混凝土抗壓強度的因素1 組成材料的品質（1） 水泥品種一般來講，硅酸鹽水泥混凝土強度高于摻加其他礦物料水泥混凝土強度。但高強水泥可能帶來后期較大的收縮。（2） 粗骨料品種彈性模量和抗壓強度高的粗骨料，其混凝土強度亦高。（3） 粗骨料形狀 礫石混凝土的強度較碎石混凝土抗壓強度低（4） 粗骨料尺寸l 水灰比相同的情況下，粒徑越大，抗壓強度越低l 水泥用量相同的情況下，水泥用量較低時，粒徑越大，抗壓強度越高；水泥用量較高時，粒徑越大，抗壓強度越低。2 組成材料的配比（1） 水灰比l 一般情況下，混凝土強度與水灰比成反比直線降低關系，水灰比越高，硬化混凝土內部

4、孔隙越多，抗壓強度越低；l 理論上存在最優水灰比，當水灰比過低時，反而會由于工作度不好而振搗不密實，導致抗壓強度下降。（2） 空氣含量l 隨著空氣含量的增加，混凝土抗壓強度呈直線下降關系；l 空氣含量高，可能會有利于混凝土的抗凍性能。（3） 水泥用量l 一般情況下，水泥用量越多，混凝土抗壓強度越高，但不是線性增長關系；l 當水泥用量高于一定量后，混凝土抗壓強度提高幅度有限；l 水泥用量過高會導致混凝土收縮和徐變的增長，對后期性能不利。3 施工方法（1） 振搗方法機械振搗的混凝土比人工振搗混凝土抗壓強度高。（2） 養護條件l 養護溫度對混凝土的長期強度影響不大。但養護溫度高，前期抗壓強度高；養護

5、溫度低于0度會導致混凝土前期受凍，后期強度降低。l 養護濕度對混凝土強度有很大影響。環境濕度低，會導致混凝土表面失水，表面混凝土強度降低。4 混凝土的齡期l 隨著水泥的不斷水化，齡期越長，混凝土強度越高。前期混凝土強度增長較快，后期強度增長較慢，直至緩慢增長。l 混凝土強度隨齡期增長的規律大致按對數規律增長。 Abrams:ACI:,中國：,強度單位：kg/cm2,(普通硅酸鹽水泥)，(早強硅酸鹽水泥)換算成國際單位：1 kg/cm20.098 N/mm2，1 N/mm210.20 kg/cm2,強度單位：N/mm2普通濕養普通混凝土相對強度（CEB-FIP）混凝土齡期（天）372890360

6、普通硅酸鹽水泥0.400.651.001.201.35快硬早強硅酸鹽水泥0.550.751.001.151.20l 一般認為，28天齡期既滿足一般施工安全性要求，又具備一定的安全性，通常都用28天抗壓強度作為劃分確定混凝土強度等級的依據。5 實驗方法（1） 試件形狀實驗表明，圓柱體、立方體和棱柱體試件的抗壓強度稍有差別，原因在于約束的均勻性和影響范圍不同。（2） 試件尺寸l 試件尺寸對于混凝土強度的影響成為尺寸效應l 一般情況下尺寸越大，所測強度越低l 尺寸效應的原因在于支座和加載件約束的影響，尺寸越大，圣維南影響越小，強度越低。Neville研究結論：為試件最小尺寸和高度，為試件體積，長度單

7、位為英寸(1英寸25.4mm)。中國和CEB-FIP研究結論：不同尺寸立方體抗壓強度轉換值混凝土試件立方體圓柱體（6in×12in）邊長/mm強度等級200150100C20C40C50C60C70C80抗壓強度相對值0.951.001.050.800.830.860.8750.89不同高厚比棱柱體抗壓強度混凝土試件試件邊長試件邊長10.870.8410.820.81（3） 加載方向平行澆注方向加壓的強度大于垂直澆注方向加壓的強度。（4） 加載速率l 加載速度越快，混凝土抗壓強度越高l 快速加載時，混凝土抗壓強度的提高，原因在于混凝土內部裂縫的擴展與加壓存在滯后；緩慢加載時，混凝土抗

8、壓強度的降低在于裂縫擴展變形的徐變發展。l 加載速度很快（加載時間很短），一般成為沖擊作用，加載速度很慢（加載時間很長），一般成為長期作用l 長期加載時，混凝土的抗壓強度為一般短期荷載的70，沖擊荷載下，混凝土抗壓強度可以提高10。l 快速加載時，混凝土的彈性模型和極限應變均有不同程度的提高。高速加載下混凝土相對強度（陳肇元）加載時間/ms抗壓強度抗拉強度30010010510015010強度提高系數1.41.141.241.271.211.281.46不同加載速度下混凝土的相對抗壓強度（B.Bresler）加載速度/×0.07kg/cm2/sec0.11.0101021031041

9、05106107抗壓強度相對值0.850.900.950.981.101.161.301.421.70三、 不同強度指標的關系1 棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度l 中國規范組實驗值棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的比值與混凝土抗壓強度有關，混凝土強度越高，比值越大。l 中國規范組l 中國規范組簡化公式l 德國Grafl 前蘇聯 l 中國規范建議公式時，時，l 許錦峰時，；時，2 園柱體抗壓強度與立方體抗壓強度LHermit：CEB-FIP1978：3 棱柱體抗壓強度與圓柱體抗壓強度四、 研究與工程設計取值混凝土強度等級：95保證概率的分位值研究取值：50保證概率的平均值，變異系數，工程設計：2.

10、2 抗拉強度一、 實驗方法1 軸心受拉（1） 試件l 棱柱體預埋鋼筋受拉150 mm×150 mm×300mm，l 啞鈴形沾膠受拉（2） 抗拉強度2 劈裂受拉（1） 試件l 圓柱體試件150mm×300mml 立方體試件150 mm×150 mm×150mm，100 mm×100 mm×100mm（2）劈拉強度l 圓柱體水平拉應力豎向壓應力l 立方體試件水平拉應力3彎曲受拉（1） 試件棱柱體試件150 mm×150 mm×（550600）mm，三分點加載（2） 彎曲強度（抗折強度） 彎曲拉應力：二、影響因

11、素1 混凝土強度等級（抗壓強度）（1） 抗壓強度越高，混凝土的抗拉強度越高（2） 抗拉強度隨抗壓強度的增長為非比例關系，抗壓強度越高，相對抗拉強度越低2 實驗方法（1） 不同的實驗方法得到不同的抗拉強度值。（2） 抗折實驗中，混凝土為有梯度受拉，抗拉強度最高；軸心受拉為均勻受拉強度次之；劈裂實驗，混凝土為拉壓組合，劈裂強度最低（國內外實驗結果結論不一致，一般分析為實驗方法的差異所致）。（3） 試件尺寸越大，抗拉強度越低（大試件軸心受拉強度為小試件的5064，）。中國實驗結果：，平均值0.57，平均值1.12三、不同抗拉強度及其比較1 軸心抗拉強度（1） 中國的研究結論 （抗拉試件100 mm&

12、#215;100 mm×500mm）（2） CEB-FIP MC90的結論2 劈拉強度（請轉換為SI單位）（1） 中國的研究結論l 立方體劈拉實驗l 劈拉強度與試件尺寸（70mm，100mm）的關系不明顯l 劈拉強度（單位：kg/cm2）（單位：kg/cm2）（單位：N/mm2）（2） 國外研究結論（滕教材）3 抗折強度（請轉換為SI單位）單位轉換關系：1 lb/in2=0.006895MPa，1kg/cm2=0.098MPa（1）M.Fintel研究結果（單位：磅/平方英寸）（2）ACI結論（單位：磅/平方英寸）（3）CEB結論 （單位：磅/平方英寸） （4）簡化公式（單位：）4

13、不同強度的比較（畫出曲線）（1） 軸心抗拉強度與抗壓強度比（2） 軸心抗拉強度與劈拉強度比l 國內結論l 國外結論（推導）（CEB-FIP MC90）（3） 抗折強度與軸心抗拉強度比l 截面塑性系數的概念截面彈性抗彎強度：截面塑性抗彎強度：截面塑性系數（截面抵抗矩塑性影響系數）：l 截面塑性系數統計值中國大連工學院結論：（單位cm）（單位mm）進一步討論見素混凝土開裂彎矩（8.3節）2.3 抗剪強度一、實驗方法混凝土抗剪強度實驗方法與一般結論實驗方法研究者剪應力公式應力分布特點實驗結論矩形短梁直接剪切Morsch（1）水平正應力較小；（2）頂部豎向壓應力很大；（3）剪應力分布嚴重不均勻，上部大、下部小。單剪面Z形試件Mottock H.（1） 水平正應力較小，近乎均勻受拉；（2） 豎向壓應力較大，