混凝土破坏机理解析-土木工程材料

强度是混凝土材料最基本的性能，是其抵抗外力作用而不破坏的能力。混凝土在受外力作用时，其内部产生了拉应力，随着拉应力的逐渐增大，导致混凝土内部的微裂缝进一步延伸、汇合、扩大，最后形成可见的裂缝。研究表明，混凝土这类材料的应力-应变性质及其破坏，都是由裂缝扩展过程所控制的。混凝土的应力-应变关系和断裂破坏过程中裂缝的发展一般经历这样三个阶段：裂缝引发，裂缝缓慢扩展，裂缝快速扩展。而相应混凝土的破坏则分为五个阶段，以混凝土单轴受压为例说明如下（图5.8、图5.9）：

图5.8　混凝土受压变形曲线

Ⅰ—界面裂缝无明显变化；Ⅱ—界面裂缝增长；Ⅲ—出现砂浆裂缝和连续裂缝；Ⅳ—连续裂缝迅速发展；Ⅴ—裂缝缓慢增长；Ⅵ—裂缝迅速增长(www.xing528.com)

图5.9　不同受力阶段裂缝示意图

在第一阶段，当所加应力约低于极限荷载30%时，应力-应变曲线近似直线，混凝土内部原来存在的裂缝和孔隙比较稳定，界面裂缝无明显变化（图5.8第Ⅰ阶段，图5.9（b））；在第二阶段，当应力为极限应力的30%~50%时，裂缝开始扩展，但很缓慢，而且多半是界面处的裂缝扩展，应力-应变曲线的曲率开始增加，在此阶段，水泥石中只有轻微的开裂，当应力一旦超过极限应力的50%左右时，界面裂缝就开始延伸到水泥石之中，随着水泥石的开裂，原来孤立的界面裂缝也连接起来，开始发展成一个更为广泛和连续的裂缝体系（图5.8第Ⅱ阶段，图5.9（c））；在第三阶段，在超过极限应力75%左右之后，水泥石中发生更为迅速的裂缝扩展延伸，在界面裂缝继续发展的同时，开始出现砂浆裂缝，并将邻近的界面裂缝连接起来，形成连续裂缝（图5.8第Ⅲ阶段，图5.9（d））；而到了第四阶段，变形进一步加快，受压变形曲线明显地弯向变形轴，混凝土承载能力下降，使裂缝体系变得不稳定（图5.8BC段）；随后进入第五个阶段，混凝土的承载能力下降，荷载减少而变形迅速增大，以致完全破坏，受压变形曲线逐渐下降而最后结束（图5.8CD段，图5.9（e））。