选用一种材料时，职业上的判断不仅要考虑材料的强度、尺寸稳定性和弹性性质，而且要考虑材料的耐久性。因为耐久性对结构的维修和更新费用，有重大经济意义。耐久性被定义为材料在给定的环境条件下的使用年限。一般，密实的或不透水的混凝土具有长期的耐久性。在希腊Rhode 岛上一个蓄水池内2700年龄期的混凝土及罗马人建造的许多水硬性混凝土结构，都是混凝土在潮湿环境中仍然具有耐久性的极好例证。耐久性差的混凝土渗水性，不仅取决于它的配合比、捣实的程度和养护，而且取决于正常的温度和湿度循环所造成的微裂纹。一般说来，混凝土的强度和耐久性之间有着密切的关系。

　　材料领域内的进展，主要在于认识了材料的各种性能是由其内部结构而决定的;换句话说，材料性能可以通过适当地改变材料的结构或构成而予以改性。虽然混凝土是应用最广泛的结构材料，但其内部结构是不均匀的，而且高度复杂。混凝土的结构与性能的关系至今尚未很好阐明。混凝土不同于其它工程材科，其结构并不保持稳定(即其结构不是材料固有的特征)。这是因为，结构的两个组分，即硬化水泥浆体和过渡区，随时间、环境湿度和温度的变化而变化。

　　理论上结构——性能的关系模型，一般对预测工程材料行为有较大帮助，而对混凝土则几乎毫无用处，其主要理由在于混凝土结构的高度不均匀性和其动力学特性。有关混凝土各组分结构的重要特征方面的知识，对了解和控制复合材科的性质仍然是基本的。

　　骨料相最主要是对混凝土容重、弹性模量、尺寸稳定性起作用。这些混凝土性质在很大程度上取决于骨料的容重和强度，同时也取决于骨料结构的物理特性，而不是化学特性。换句话说，骨料相中的化学或矿物组成通常较之物理特性诸如体积、尺寸和孔分布等的重要性要小。

　　除孔隙率外，粗骨科的形状和结构同样也影响混凝土的性质。通常，天然砾石呈圆形，具有光滑的表面结构。破碎的岩石表面具有粗糙结构;粗糙度取决于岩石类型及所选择的破碎设备。破碎的骨料可以含有相当数量的扁平和长条颗粒，这类颗粒对混凝土许多性质起不良影响。呈高度蜂窝状的浮石轻骨料同样呈多角形和粗糙结构，但陶粒或页岩轻骨料通常呈圆形和光滑结构。

　　混凝土材料的非匀质及非等向性的程度，取决于原材料的均匀性、水泥骨料比和水灰比，以及搅拌、浇注、震捣和养护等施工操作工艺。此外，在硬化早期应力作用下，混凝土内部形成的微裂缝具有一定的方向性，对硬化后期的不同应力状态、微裂缝的发展和变形将有不同的反应，这是混凝土的受力后非等向性。

　　3.2 复杂的微观内应力(变形)状态

　　如果将一块混凝土按比例放大，就可看作由粗骨料和硬化的水泥砂浆这两种性质迥异的主要材料构成的非线性、三维实体结构物。在承受荷载之前和之后，都存在十分复杂的微观应力(应变)场。这正是混凝土材性变化大和性能指标离散的主要原因。

　　在混凝土的凝固过程中，水泥的水化作用产生凝胶体，使水泥砂浆逐渐变稠、硬化，和粗骨料粘结成一整体。在此同时，混凝土因水分逐渐逸出而变干燥，水泥砂浆发生的收缩量远大于粗骨料的收缩量。此收缩差使粗骨料受压， 而砂浆受拉。 虽然任一截面上的应力合力为零，但局部的收缩应力值可能很大，以致在粗骨料界面上形成微裂缝。

　　同样，由于粗骨科和硬化水泥浆间的线膨胀系数的差别，即使两者的温度变化相同，也因为变形的不一致、又相互约束而产生不均匀的三维应力场。更何况混凝土是热情性材料(导热系数A=(0.81—1.86)w/m.K)，因为水化热、环境温度变化或事故(火)升温等因素影响， 将使混凝土表层和内部形成较大的温度差，内部的微观温度应力(应变)场更为复杂、变化大。

　　当结构承受外力的作用，即使局部混凝土的宏观应力均匀，也会因为粗骨料的随机排列和水泥砂浆的不规则形状、两者的弹性(或变形)模量和抗拉、压强度的差别，以及粗骨料周边的接触状况的不同而存在着不均匀的微观应力场， 不仅主要截面，其它任何方向截面上的应力分布都不均匀。至于混凝土内存在的各种气孔和缝隙，其尖端附近的局部应力集中区，微观的应力变化大且应力值高，而进入塑性阶段(可参考断裂力学理论)。

　　所有这些都表明，从微观上分析混凝土必然是一个非常复杂的、不确定的。 三维应力(变形)状态，对于混凝土的开裂、裂缝发展、变形、极限强度和破坏形态等都有很大影响。

　　3.3 变形的多元组成

　　混凝土承受的应力作用或环境条件的变化都将发生相应的变形， 它们主要由三部分组成：

上一页  [1] [2] [3] [4] [5] [6] 下一页