混凝土材料具有什么样的物理和力学性能？

混凝土的物理力学性能主要包括强度和变形，其他物理性能还有碳化、耐腐蚀、耐热、防渗等。本节主要阐述混凝土的强度和变形问题。

2.1.1 混凝土的强度

混凝土强度的定义：混凝土的强度是指外力作用下，混凝土材料达到极限破坏状态时所承受的应力。

影响混凝土强度的因素：　1）混凝土的材料组成，2）混凝土的受力状态。

混凝土的强度指标有哪些？

工程中常用的混凝土强度主要有立方体抗压强度、棱柱体轴心抗压强度、轴心抗拉强度等，这些都是单向受力状态下的混凝土强度指标。

1、立方体抗压强度

定义：标准试块(边长为150mm 的混凝土立方体)在标准条件下(温度为20℃±3℃，相对湿度在90%以上)养护28天，然后，按规定的标准试验方法(中心加载，平均加载速度为0.3～0.8MPa/s，试件上下表面不涂润滑剂)测得的破坏时的平均压应力称为混凝土立方体抗压强度，记为（上标O表示试验值）。

用途：对混凝土进行强度等级的划分和规定，以满足工程实践的需要。我国的《混凝土结构设计规范》中规定，混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定，即标准方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号表示。混凝土强度从C15到C80共划分14个等级，级差为5MPa。其中，符号C表示强度等级，如C30即表示立方体抗压强度标准值为30。C50及C50以上标号规定为高强混凝土。

为了更直观地了解立方体标准混凝土试件承受轴心压力的破坏过程和特征，请同学们观看如下实验演示：

立方体抗压强度破坏的机理：实验研究表明，混凝土的破坏是由于内部微裂缝逐渐发展的结果，破坏现象是裂缝发展过程的最后阶段。图2－1给出了各级荷载下混凝土试块的裂缝发展形态。由此可见，混凝土受压破坏的根本原因在于受荷过程微裂缝的不断发展。因此，如能对混凝土的裂缝开展加以限制，则在一定程度上可以提高混凝土的抗压强度。

影响立方体抗压强度的因素：试验表明，混凝土立方体试块尺寸越大，实测破坏强度越低，反之越高，这种现象称为尺寸效应。一般认为，这是混凝土内部缺陷影响等因素造成的，试件尺寸大，内部缺陷（微裂缝、气泡）相对较多,故强度较低。

加载速度对混凝土的抗压强度也有一定的影响，加载速度过快，内部微裂缝难以充分扩展，塑性变形受到一定的抑制，于是强度较高。反之，加载速度过慢，则强度有所降低。

混凝土的强度还与实验时的龄期有关，养护龄期越长，则测得的破坏强度越高。

2、棱柱体轴心抗压强度

为什么要引入棱柱体轴心抗压强度？因为实际工程中的大部分混凝土构件，其纵向尺寸度通常比横截面尺寸大很多（比如梁和柱子），因此，采用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土结构的实际受力状态。

为了更直观地了解棱柱体混凝土试件承受轴心压力的破坏过程和特征，请同学们观看如下实验演示：

棱柱体轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系：混凝土的立方体抗压强度和棱柱体轴心抗压强度之间存在近似的线性关系，我国《混凝土规范》规定的二者的换算关系为：。

3、轴心抗拉强度

引入轴心抗拉强度指标的作用：用它可确定混凝土抗裂能力、抗剪能力，也可间接衡量混凝土的冲切强度等力学性能。

轴心抗拉强度的测定：混凝土的轴心抗拉强度可采用直接轴心受拉的试验方法来测定，也可用间接的方法来测定。由于直接测定抗拉强度存在一定困难、准确度较低，因此，通常采用劈裂实验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。

为了更直观地了混凝土试件承受轴心拉力的破坏过程和特征，请同学们观看如下实验演示：