课件：材料结构与性能第四讲混凝土结构与性能的关系.ppt

关于骨料的强度和种类对混凝土强度的影响，Jones和Kaplan[4-11]给出了不同种 类的粗骨料的混凝土抗压强度与抗弯强度的关系，表明粗骨料种类对两种强度比有明显影响，也表明骨料种类对抗弯强度的影响要比对抗压强度的影响大得多。20世纪70年代，Franklin等人[4-12]也从实验中证明不同种类的骨料对混凝土的抗压强度的影响，如图4-7所示。最近的研究也表明[4-13]，不同种类的骨料的确影响着混凝土的强度，Alexander等人用23种南非不同的粗骨料，观察了其混凝土28天和180天强度，发现在同样的配比下，不同骨料混凝土的强度差在28d可达15MPa。这种强度的离散，说明不同种类骨料对强度的影响。这包括了骨料的表面特性，骨料的活性，尤其是骨料的强度。混凝土的强度，随着骨料强度的提高而提高，但有一个最大值，当骨料强度()与砂浆强度()之比大于2时，混凝土强度又下降，且混凝土的强度始终没有超出砂浆的强度。这表明了大粒径骨料的致裂效应，即界面弱区的影响。因此，界面区的改善，必将改善混凝土的力学性能 由于粗骨料的棱角效应和致裂作用，使混凝土的强度难以超过砂浆的强度。但通过合理的设计，使细骨料充分填满粗骨料的空间，即所谓的紧密堆积混凝土或DSP材料[2-45，46，47]可以使混凝土达到很高的强度。Addis[4-16]发现在高强混凝土（HSC）的配制中，采用间断级配，紧密堆积，可以弱化粗骨料的不利影响，他用26.5mm和6.7mm的两种骨料混用，使骨料松散容重达到1750kg/m3，其混凝土的强度可以比连续级配的提高10%。Kronlof[4-17]发现通过掺加无活性的石英砂细粉，提高骨料的堆积密度，在贫混凝土中，混凝土的强度随着细微骨料的增加而提高。但在富混凝土中（胶凝材料超过800kg/m3）时，添加细微骨料作用不大。这是可以理解的，因为富混凝土中，水泥浆可以填满骨料的堆积空间。紧密堆积混凝土和DSP材料的实践提示我们，通过骨料和胶凝材料、细粉填料的合理搭配，即充分注意骨料的空间堆积分布状态，可以改善和提高混凝土的强度。 关于分散相对混凝土弹性模量和变形的影响，研究表明，其影响也是很显著的。大家公认的骨料、混凝土、砂浆和硬化水泥浆的应力-应变典型曲线如图4-10所示[4-21]，可见，骨料的弹性模量最大，而变形最小，但与砂浆配制成混凝土后，却使其非线性变形增大，也使混凝土的弹性模量高于砂浆和硬化水泥浆的弹性模量。Aitcin和Mehta[4-18]用辉绿石和石灰石碎石骨料与含有软质矿物的河卵石和花岗岩碎石作比较，发现前者较硬骨料的混凝土的弹性模量较后者为高，其结果某种程度上可以用两相弹性模量的并联一串联[3-33]模型进行大概的预测，但均有相当的偏差。实验还发现同一种骨料和配比的混凝土，龄期不同，弹性模量也不同，如图4-13所示。即是说不仅骨料特性（表面状况、硬度及活性）影响着强性模量，混凝土的强度（即界面粘结强度）也影响着混凝土的弹性模量。Teychenne[4-20]给出了同龄期下混凝土强度与其弹性模量的函数关系式： 关于分散相对混凝土变形的影响，主要表现在对混凝土干燥收缩和徐变的抑制上。随着骨料含量的增加，干缩和徐变都明显下降。骨料的性质不同，对干缩和徐变将产生不同的抑制作用。图4-14[4-23]表明，骨料的硬度、弹性模量越大、表面特性越好（如石灰石），其对干缩和徐变的抑制作用就越大，混凝土最终干缩和徐变就越小。因为干缩和徐变主要来自水泥浆的脱水和水分迁移，骨料基本上不产生徐变和干缩。骨料的体积分数越大，水泥浆的体积分数就越小，表现出的干缩和徐变就越小。当骨料体积一定时，骨料的弹性模量越高，硬度越大，混凝土的干缩和徐变也越小。当然当收缩应力达到极限时，就会产生开裂，这也是混凝土收缩裂纹产生的机理之一。 纤维分散相对水泥基材料物理力学性能的影响 （一）纤维在水泥基材料中的应力传递及相互作用 纤维增强水泥基材料的应力传递的理论模型通常建立在下列假设的基础上：排列好的非连续纤维在基体中均匀分布；直到断裂，纤维和基体均呈弹性状态；纤维-基体界面被模拟为均匀而连续的[4-32]。显然，这种假设用于有微孔的水化水泥基体是不严格的。因此，纤维-水化水泥基体的界面性能是深入研究的课题。理论预测水泥基复合材料的力学行为，通常是根据纤维-纤维的相互作用、纤维的取向、纤维的长度及表面缺陷等可变因素来加以修正。纤维两端剪切应力是定值，而拉应力从端部开始增长。若纤维的长度小于某一临界长度时，则将出现拔出或界面的滑移。 在平衡条件下： Riley的理论[4-33]描述了纤维-纤维相互作用对应力传递的影响。该理论说明了复合材料中不连续纤维的两端所出现的应力集中。考虑到纤维-纤维的相互作用，该理论认为：不连续纤维对