第1章 钢筋和混凝土的物理力学性能
1.2 混凝土
1.2.2 混凝土的变形性能
混凝土的变形可分为两类：一类是在荷载作用下的受力变形，如短期加荷及荷载长期作用下的变形；另一类是与受力无关的变形，如混凝土收缩以及由于温度变化所产生的变形等。
1.混凝土在短期加荷作用下的变形性能
（1）混凝土的应力一应变曲线
混凝土在短期加荷作用下的应力一应变曲线是其最基本的力学性能。混凝土试件受压时典型的应力-应变曲线如图1-9所示，整个曲线大体上呈上升段与下降段两个阶段。图110为圆桂体试件的试验结果。由图1-10可见，随着的增大，其相应的峰值应变大致相同。曲线上升段的形状都是相似的，在曲线的下降段，强度等级高的混凝土下降段顶部陡峭，应力急剧下降，曲线较短，残余应力相对较低。为了实用，我国《混凝土规范》将混凝土轴心受压的应力一应变曲线加以简化（见图1-11），其所采用的表达式如下；在上升段，当8。≤。时取为二次抛物线，即
0.=/A1-(1-2)](1-4）在水平段，当6o<6.≤6。时，n=2-云fak-50)≤2（1-6）
6o=0.002+0.5fa-50)×103=0.002（1-7)
6a=0.0033-fau-50）×103≤0.0033（1-8）
式中：o.——混凝土压应变为s。时的混凝土压应力；
f.——混凝土轴心抗压强度设计值，按附表1采用；。——混凝土压应力刚达到O。=f。时的混凝土压应变；
e—一正截面的混凝土极限压应变，当处于非均匀受压时，按式（1-8）计算；当处于轴心受压时，取为eo；
f..——混凝土立方体抗压强度标准值，按附表l确定；
n——系数。
（2）混凝土的弹性模量和变形模量
混凝土是弹塑性材料，它的应力一应变关系只是在应力很小的时候才近乎直线。一般来说，其应力一应变关系为曲线关系，不是常数，而是变数。从图1-12中的混凝土核柱体受压应力一应变的典型曲线上任取一点，其相应的应变e。由弹性应变和塑性应变组成。
①原点弹性模量，也称原始或初始弹A）性模量，简称弹性模量E。。过应力应变曲线的原点作曲线的切线，该切线的斜率式中：a。—一混凝土应力一应变曲线在原点处的切线与横坐标的夹角。
②变形模量，也称割线模量E。作原点O与曲线上任一点的连线，其所形成的割线的正切值即混凝土的变形模量，可表达为变形模量随混凝土的应力而变化，是一个变数。设v=-为反映混凝土弹塑性性能指标的弹性系数，则曲线上任一点的变形模量可用弹性模量来表示，即El=VE。（1-11)变形模量随应力的增大而减小，当应力达到o=0.8/。时，值为0.4~0.7。由于混凝土的弹性模量E。较难测定。《混凝土规范》确定弹性模量数值的做法如下：取棱柱体试件，加荷至不超过适当的应力o=0.5f.为止，卸荷、加荷重复进行5~10次后，变形渐趋稳定，应力-应变关系已近于直线，所得应力-应变直线的斜率作为混凝土弹性模量的试验值。混凝土在重复荷载作用下的应力-应变曲线如图1-13所示。
2.混凝土在荷载长期作用下的变形性能
在荷载的长期作用下，混凝土的变形随时间而增长的现象称为徐变。混凝土的徐变会使钢筋与混凝土之间产生应力重分布、挠度增加；对于偏压构件，会使附加偏心距加大，从而导致强度降低；对于预应力构件，会产生预应力损失等不利影响。但徐变也会缓和应力集中现象，降低温度应力，减少支座不均匀沉降引起的结构内力，延续收缩裂缝在受拉构件中的出现，这些又是对结构的有利方面。
影响徐变的因素很多，包括受力大小、外部环境、内在因素等。试验结果表明，长期荷载作用应力的大小是影响徐变的一个主要因素。荷载持续作用的时间越长，徐变也越大。混凝土的龄期越短，徐变越大。混凝土的制作、养护都对徐变有影响。养护环境的湿度越大、温度越高，徐变就越小，因此，加强混凝土的养护是减少徐变的有效措施。水灰比越大，徐变越大；水泥品种不同，对徐变也有影响，如用普通硅酸盐水泥制成的混凝土，其徐变要较火山灰质水泥或矿渣水泥制成的混凝土的徐变大；骨料的力学性质也会影响徐变，骨料越坚硬、弹性模量越大、所占的体积比越大，徐变就越小。
3.混凝土的收缩
收缩是混凝土在结硬过程中本身体积的变形，与荷载无关。混凝土在空气中结硬体积减小的现象称为收缩。当混凝土的收缩受到限制时，将在混凝土中产生拉应力，甚而导致混凝土产生收缩裂缝。裂缝会影响构件的耐久性、疲劳强度和观瞻，还会使预应力混凝土发生预应力损失，并对一些超静定结构产生不利的影响。为了减少结构中的收缩应力，可设置伸缩缝，必要时也可使用膨胀水泥。影响收缩的原因主要有环境因素、混凝土的制作方法和组成等。注意养护，在湿度大、温度高的环境中结硬，则混凝土收缩小；蒸汽养护不但能加快水化作用，而且能减少混凝土中的游离水分，故而减少收缩（见图1-14）。密实的混凝土收缩小；水泥用量多、水灰比大，混凝土收缩就大；用强度高的水泥制成的混凝土收缩较大；骨料的弹性模量高、粒径大、所占的体积比大，收缩小。当钢筋配置过多时，对混凝土收缩变形的阻滞作用加大，混凝土收缩开裂；对于大体积混凝土，表层混凝土的收缩比内部大，而内部混凝土因水泥水化热蓄积得多，其温度比表层高，若内部与外层变形差较大，也会导致表层混凝土开裂。
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