材料性能教学课件PPT(土木工程事故处理分析与处理).ppt

一、.混凝土材料的相关性能,1 混凝土组成 混凝土由粗细骨料、水泥、水及添加剂等组成，其中，水泥浆体占混凝土质量的20%30%，砂石骨料占约70%。 水泥浆在硬化前起润滑作用，使混凝土拌和物具有可塑性，在混凝土硬化后，水泥浆则起胶结和填充作用。 水泥浆多，混凝土拌和物流动性大，反之干稠；混凝土中水泥浆过多则混凝土水化温度升高，收缩大，抗侵蚀性不好，容易引起耐久性不良。,一、.混凝土材料的相关性能,1 混凝土组成 粗细骨料主要起骨架作用，传递应力，给混凝土带来很大的技术优点，它比水泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性，可以有效减少收缩裂缝的产生和发展，降低水化热。 在结硬过程中处于固相、液相和气相三相并存状态。 固相由粗骨料、细骨料（砂）、水泥水化后的水泥石组成。 液相为拌和用水以及各种液态添加剂。 气相在粗骨料、细骨料、水泥石的间隙中以及多余的水分蒸发之后形成的孔隙中，其主要成分是正常环境空气中的氧和二氧化碳。,一、.混凝土材料的相关性能,1 混凝土组成 现代混凝土中还多加入化学外加剂与矿物细粉掺和料。化学外加剂的品种很多，可以改善、调节混凝土的各种性能，而矿物细粉掺和料则可以有效提高新拌混凝土的工作性和硬化混凝土的耐久性，同时降低成本。 可见，混凝土是一种非均质、多孔的与时间因素有关的建筑材料，它的这种组成特性，决定了它一系列与裂缝有关的基本物理力学性能，如收缩、徐变、抗拉强度、抗压强度等。,一、.混凝土材料的相关性能,2 混凝土的收缩,混凝土体积收缩的原因大体有两种： 一种是由于湿度的变化，即干燥失水引起的，如水泥水化凝固结硬，颗粒沉降析水和干燥蒸发等； 另一种是混凝土碳化（水泥胶体中的Ca (OH )2向CaCO3转化）引起的。 因此，混凝土收缩实质上是混凝土凝固硬化过程中物理化学作用的结果。水泥用量愈大，含水量愈高，水灰比愈大，收缩变形也就越大。,一、.混凝土材料的相关性能,1)收缩的影响因素 （1）水泥品种：依次为矿渣水泥（最大）-快硬水泥-普通硅酸盐水泥相比-矾土水泥（最小）。 ( 2 ）水泥细度混凝土收缩随水泥细度的增加而加大。 ( 3）水灰比 混凝土收缩随水灰比的增加而加大，若以0.4为标准水灰比，当水灰比为 0.3 时，混凝土收缩可减少15；当水灰比为 0.6 时，混凝土收缩约增加42。 ( 4）水泥浆量 混凝土收缩随水泥浆量（水泥用量）的增加而加大.,一、.混凝土材料的相关性能,1)收缩的影响因素 ( 5）骨料类型 用砂岩作骨料时混凝土收缩最大，石英岩混凝土收缩最小。 ( 6）环境潮湿状态 环境愈干燥混凝土收缩愈大。 ( 7）构件尺寸、截面周长与其所围面积之比 板块的暴露度比同样截面面积大梁的暴露度大 5 倍。因此，板块的体积收缩将远大于大梁的体积收缩。,一、.混凝土材料的相关性能,1)收缩的影响因素 (8）配筋率及模量比 在混凝土中配置钢筋对混凝土有两方面的影响：一方面增加自约束应力，对混凝土抗裂不利；另一方面也可提高混凝土的极限拉伸应变值（相当于减小混凝土的收缩变形），对混凝土抗裂有利。 ( 9 ）施工方法 如机械浇捣比手工振捣密实性好，相应混凝土收缩可减少10左右；蒸汽养护和经高压釜处理的混凝土比自然养护混凝土收缩大为减少，前者可减少约15，后者可减少约46。,一、.混凝土材料的相关性能,2) 混凝土的收缩变形分如下几种： ( l ）沉陷收缩 ( 2 ）塑性收缩 由混凝土表面水分蒸发的速度大于泌水速度引起，它发生在混凝土浇筑后 415小时左右。此时，水泥水化反应很激烈，加之水分急剧蒸发引起收缩。同时，骨料与胶凝体之间，也产生不均匀沉缩变形，它们都发生在混凝土终凝前的塑性阶段，故称为塑性收缩。 ( 3 ）碳化收缩 混凝土中的游离氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合产生碳酸钙，混凝土因硬化而收缩。,一、.混凝土材料的相关性能,3）混凝土收缩值的估算,一、.混凝土材料的相关性能,混凝土收缩难以作准确的计算，而针对收缩的影响因素，采取可靠的措施来减小收缩对结构的不利作用。 例如控制水灰比和水泥用量，加强振捣、养护，配置适量的构造钢筋和设置变形缝等，对细长构件和薄壁构件特别注意，如稍有疏忽，往往在拆模时即出现收缩裂缝。,一、.混凝土材料的相关性能,3.混凝土的徐变 3.1混凝土徐变的作用 徐变对结构具有双重作用： 一方面徐变有利于超静定结构的内力重分布和提高混凝土极限伸长应变能力（在约束状态下使收缩变形得到满足）； 另一方面徐变又有不利于结构的变形（降低结构刚度，增加梁的挠度或柱的侧移等）以及增加预应力的损失，在高应力作用下甚至会导致受压构件出现由徐变引起的破坏现象。,一、.混凝土材料的相关性能,3.混凝土的徐变 3.2混凝土徐变的影响因素 l ）水泥品种。 2 ）水泥强度等级。 强度等级愈低徐变亦愈大。 3 ）水灰比。 水灰比愈大徐变亦愈大。 ( 4 ）水泥用量。 在水灰比不变的条件下，水泥用量愈多，徐变愈大。 5 ）骨料品种性质。 骨料越坚硬或弹性模量越大的混凝土，徐变度愈小。,一、.混凝土材料的相关性能,3.混凝土的徐变 3.2混凝土徐变的影响因素 6 ）加载龄期。 加载龄期愈短，相应的徐变愈大。 7 ）环境湿度。 混凝土徐变随环境湿度的增加而减小。 8 ）构件尺寸及暴露度。 混凝土徐变随暴露度的增加而加大。 9 ）应力比。 混凝土徐变随应力比的降低而减小。 10 ）施工方法。,一、.混凝土材料的相关性能,4. 混凝土的热性能 “热”胀“冷”缩是混凝土热性能中的一种，混凝土结构设计规范 规定，当温度在0 到 100 范围内，混凝土线膨胀系数可采用1.0 x 10-5/ ，即温度升高 1 每 lm 膨胀0.01mm。 混凝土结构构件在拆模之后或装修过程中出现的开裂，不少是由混凝土失水干缩与降温冷缩的共同作用引起的。 混凝土的碳化收缩、失水收缩、降温冷缩的组合形成混凝土的最不利收缩值，,一、.混凝土材料的相关性能,5.混凝土的抗拉强度和拉应变,一、.混凝土材料的相关性能,养护条件对混凝土强度的影响 ( l ）湿度影响 试验表明，在成型温度（入模温度）相同的情况下，干燥状态比保湿养护强度显著降低， 3 天降低 21 % , 28 天降低 27 。脱模后随即室外自然养护， 28 天抗压强度降低 27 。潮湿状态对混凝上抗拉强度影响更为敏感，自然养护 28 天抗拉强度比标准养护的降低 80 %。,一、.混凝土材料的相关性能,养护条件对混凝土强度的影响 ( 2 ）温度影响 养护温度适当升高可加速水化反应，对混凝土早期强度是有利的，对后期强度亦无不良影响。 若在浇筑和凝结期间的温度较高，虽然使早期强度得以提高，但大约 7 天以后对混凝上强度就有不利的影响，其原因在于早期的快速水化将形成物理结构不良的水化产物，且水化产物在浆体内分布不均匀，对混凝土强度产生不利影响。,一、.混凝土材料的相关性能,粉煤灰对混凝土性能的影响,一、.混凝土材料的相关性能,6.混凝土的抗压强度,一、.混凝土材料的相关性能,7.混凝土裂缝的自愈性能 混凝土的抗拉强度和极限拉应变值均很小，在混凝土结构工程中，如高层建筑地下室混凝土墙壁和楼（屋）面混凝土梁板结构，往往在干缩和冷缩变形的共同作用下，在约束应力较大的部位，在施工过程中就出现贯穿梁、板、墙的裂缝，有的裂缝在滴水、渗水，也有的裂缝被白色析出物覆盖，并停止渗漏。 这种现象即混凝土裂缝的自愈性能。,一、.混凝土材料的相关性能,7.混凝土裂缝的自愈性能 为什么混凝土裂缝具有自愈性能? 原来混凝土的组成材料水泥中含有石灰石（氧化钙 CaO ) ，当室外水分通过墙体裂缝向室内渗流，或通过楼板裂缝向下渗流时，水与混凝土裂缝处的氧化钙化合形成氢氧化钙 Ca ( oH ) 2 ，游离的氢氧化钙又是易溶于水的化合物，其溶液必然沿裂缝向地下室内或楼板底渗出，室内空气中存在二氧化碳（CO2），与溶于水中的氢氧化钙化合生成碳酸钙（CaCO3），堆积在裂缝里面并向其表面析出，形成白色的覆盖层，将裂缝封闭，使渗漏停止。,二、 砌体材料的相关性能,砌体强度,图 2 - 4 砌体轴心受拉的两种破坏 ( a ）沿齿缝截面破坏； ( b ）沿块体截面破坏,二、 砌体材料的相关性能,2.轴心受压砌体破坏,三、 钢材的性能,1.钢材的力学性能,低碳钢拉伸时的应力应变曲线,三、 钢材的性能,2.钢材的锈蚀 钢材的锈蚀是指钢材表面与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏现象。钢材的锈蚀会使钢材的有效截面积减小，局部产生锈坑，并引起应力集中，从而降低钢材的强度。对于钢筋混凝土，钢筋锈蚀膨胀易使混凝土胀裂，削弱混凝土对钢筋的握裹力。在冲击和交变荷载作用下，则产生锈蚀疲劳现象，使结构出现脆性断裂。,三、 钢材的性能,2.钢材的防护 对于钢结构用型钢的防锈，主要采用在钢材表面涂覆耐腐蚀性好的金属（镀锌、镀锡、镀铜和镀铬等）和刷漆的方法