混凝土的变形可分为两类。一类是由于受力而产生的变形，称为受力变形；另一类是与受力无关的变形，称为体积变形。
（一）混凝土的受力变形
1.混凝土在短期荷载作用下的变形
混凝土是一种不匀质的多组分三相复合材料，为弹塑性体。混凝土受压的应力应变关系是混凝土力学性能的一个重要方面，它是研究钢筋混凝土构件的截面应力分布、建立承载能力和变形计算理论所必不可少的依据。混凝土构件在受荷载作用时既产生弹性变形，又产生塑性变形，其应力-应变关系呈曲线，如图2-2a 所示。在静力试验的加荷过程中，若加荷至应力为σ 应变为ε 的A 点，然后将荷载逐渐卸去，则卸荷时的应力-应变曲线如曲线AC 所示。卸荷后能恢复的应变是由混凝土的弹性作用引起的，称为弹性应变；剩余的不能恢复的应变则是由于混凝土的塑性性质引起的，称为塑性应变。在重复荷载作用下的应力-应变曲线如图2-2b 所示，当应力小于（0.3~0.5） fcp时，每次卸荷都残留一部分塑性变形，但随着重复次数的增加，残留的塑性变形逐渐减小，最后曲线稳定于A′ C ′线。它与初始切线大致平行；若所加应力在（0.5~0.7） fcp以上重复时，随着重复次数的增加，塑性应变逐渐增加，将导致混凝土疲劳破坏。
图2-2 混凝土在短期荷载作用下受压应力-应变曲线
2.混凝土在长期荷载作用下的变形
在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象被称为混凝土的徐变，如图2-3 所示。混凝土徐变变形是在持久作用下混凝土结构随时间推移而增加的应变。
图2-3 混凝土的徐变
混凝土立方强度40.3N/mm2
从图2-3 可以得出：
加载时瞬时变形
徐变
卸载时瞬时恢复变形
卸载后弹性后效
残余变形
混凝土徐变的主要原因是在荷载长期作用下，混凝土凝胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐黏性流动，微细空隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综结果。
在进行混凝土徐变试验时，需注意观测到的混凝土变形中还含有混凝土的收缩变形，故需用同批浇筑同样尺寸的试件在同样环境下进行收缩试验，这样，从量测的徐变试验试件总变形中扣除对比的收缩试验试件的变形，便可得到混凝土徐变变形。
影响混凝土徐变的因素很多，其主要因素如下。
（1）混凝土在长期荷载作用下的应力大小：应力越大，则徐变越大。
（2）荷载作用时混凝土的龄期：混凝土龄期越短，则徐变越大。
（3）混凝土的组成成分和配合比：混凝土中集料本身没有徐变，它的存在约束了水泥胶体的流动，约束作用大小取决于集料的刚度（弹性模量）和集料所占的体积比。集料的体积比越大，徐变越小；混凝土的水灰比越小，徐变也越小。
（4）养护及使用条件下的温度与湿度：混凝土养护时温度越高，湿度越大，水泥水化作用就越充分，徐变就越小；混凝土的使用环境温度越高，徐变越大；环境的相对湿度越低，徐变也越大，因此高温干燥环境将使徐变显著增大。
混凝土的徐变对混凝土桥涵结构既有有利的一面，也有不利的一面。有利的是徐变可减小桥涵由于支座不均匀沉降产生的应力；分散结构的应力集中，引起应力重分布（由于徐变而使应力集中缓和）；降低超静定结构的温度应力等。不利的是会引起桥梁挠度的增大，会造成预应力混凝土结构的应力损失等。
3.混凝土的抗压弹性模量
混凝土的抗压弹性模量E 是计算结构变形、结构应变，必需的材料参数，即在应力-应变曲线上任一点的应力σ 与其应变ε 的比值。因混凝土材料是弹塑性体材料，其应力应变的比值并非一个常数，而是随着混凝土的应力变化而变化，通常用原点弹性模量、切线模量和割线模量来表征，如图2-4 所示。
图2-4 混凝土弹性模量及变形模量
《试验方法标准》规定，混凝土的静压弹性模量采用150 mm×150 mm×300 mm 的棱柱体或150 mm×300 mm 圆柱体试件进行测试。试验过程分对中、预压、正式试验三个阶段，如图2-6 所示。混凝土静力受压弹性模量值按下式计算
式中 Ec—— 混凝土弹性模量（MPa）；(www.xing528.com)
Fa—— 应力为1/3 轴心抗压强度时的荷载（N）；
F0—— 应力为0.5 MPa 时的初始荷载（N）；
A—— 试件承压面积（mm2）；
L—— 测量标距（mm）；
Δn —— 最后一次从 F0加荷至 Fa时试件两侧变形的平均值。
式中 εa—— 加荷 Fa时试件两侧变形的平均值（mm）；
ε0—— 加荷 F0时试件两侧变形的平均值（mm）。
图2-5 混凝土静压弹性模量加荷方法示意图
注：1.90 s 包括60 s 持荷，30 s 读数。2.60 s 为持荷。
《设计规范》规定：混凝土受压或受拉时的弹性模量 Ec，应按表2-6 采用。
表2-6 混凝土受压或受拉时的弹性模量 Ec MPa
注：当采用引气剂及较高砂率的泵送混凝土且无实测数据时，表中C50～C80 的Ec值应乘以折减系数0.95。
4.混凝土的剪切弹性模量
混凝土的剪切弹性模量Gc，一般可根据试验测得的混凝土弹性模量Ec和泊松比 μc按式（2-5）确定。
式中 Gc—— 混凝土的剪切弹性模量（MPa）；
μc—— 混凝土的横向变形系数（泊松比）。
取 μc＝0.2时，代入式（2-5）得到Gc＝0.4Ec。
（二）混凝土的体积变形
混凝土的收缩与膨胀，属于混凝土的体积变形。
1.混凝土的收缩变形
混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象称为混凝土的收缩。混凝土产生收缩变形的主要原因是混凝土在凝结硬化过程中的化学反应所产生的化学收缩及混凝土自由水分的蒸发所产生的物理收缩。
混凝土在水中永远呈微膨胀变形，在空气中永远呈收缩变形。混凝土的收缩变形与许多因素有关。混凝土中水泥强度越高、水灰比越大、水泥颗粒越细，混凝土的收缩越大；混凝土中集料粒径越小、含泥量越大、砂率越高，混凝土的收缩越大；集料质量越好、混凝土振捣越密实，养生环境湿度越高，混凝土的收缩越小等。
混凝土的收缩是一种随时间而增长的变形。结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩的25%，一个月约可完成50%，三个月后增长缓慢，一般两年后趋于稳定，最终收缩值约为2 ×10-4~6 ×10-4。
混凝土的收缩，对钢筋混凝土结构会产生有害影响，常导致收缩裂缝。对于一些薄壁构件或长度大但截面尺寸小的结构，如果养护不当就会产生收缩裂缝，影响结构的正常使用，施工时必须采取适当措施予以避免。
2.混凝土的膨胀变形
混凝土在水中凝结硬化时，体积会略膨胀，因混凝土的膨胀变形较小且对结构无害，故在设计时一般不考虑混凝土膨胀对结构的影响。
3.混凝土的温度变形
混凝土的温度变形，是指混凝土随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的温度变形系数a 一般为(1 -1.5) ×10-5/℃，即温度每升高1 ℃，每1 m 胀缩0.01～0.015 m。温度变形对大体积混凝土、细长的混凝土结构、大面积混凝土工程极为不利，易使这些混凝土结构产生温度裂缝。对于混凝土因温度产生的变形可采取低水化热水泥、减少水泥用量、掺加缓凝剂、采用人工降温、设温度伸缩缝，以及在结构内配置温度钢筋等措施予以预防，以减少因温度变形而引起的混凝土质量问题。
任务书
1.何谓混凝土立方体抗压强度、混凝土轴心抗压强度、混凝土劈裂抗拉强度？
2.混凝土的强度等级是依据哪种混凝土强度确定的？
3.混凝土的变形有哪几种？
4.什么叫作混凝土的徐变？影响混凝土徐变的主要原因有哪些？
5.混凝土的温度变形如何预防？
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