混凝土在水中的力學性質與在空氣中的一樣嗎

　　我們常說的混凝土的抗壓強度、延性、變形、裂縫等指的都是空氣中的，但是，如果混凝土是用在水中的，這些特性會發(fā)生變化嗎？

　　混凝土在圍壓下的破壞狀態(tài)主要取決于軸向主壓應力σ₁ 與圍壓σ₂ 的比例。σ₂/ σ₁ ≤ 0.1 時，混凝土試件發(fā)生柱狀破壞，在σ₁的作用下，垂直于σ₂的拉應變超過了混凝土的抗拉強度，在試件上形成了平行于主壓應力軸方向的裂縫；當σ₂/ σ₁ ≥ 0.2 時，混凝土試件發(fā)生擠壓流動破壞，由于圍壓較大，微裂縫在圍壓作用下不能繼續(xù)發(fā)展，因此，試件不會形成受拉或劈裂裂縫，此時不能簡單地用斷裂力學來討論混凝土的強度問題，需要借助塑性力學的方法；剪切破壞介于這二者之間，剪切破壞主要是由于軸向主壓應力較大而圍壓較小，破壞后試件表面出現斜裂縫，但此時仍屬于受壓破壞，因為決定混凝土抗壓強度的仍是縱向劈裂裂縫，破壞仍然是由彎折裂縫串通形成的，斜裂縫只是一種表現形式，為次生破壞。

　　靜水壓力對混凝土的作用在圍壓作用下，飽和混凝土裂縫及孔隙中的自由水受混凝土壓縮變形的影響，會對裂縫面產生水壓力，孔隙水壓力會隨著外部荷載的增長而呈線性增長；隨著損傷的發(fā)展，混凝土體積發(fā)生膨脹，混凝土中的孔隙水壓力有所減少。由于在靜水壓力下，加載速度較慢，裂縫中的自由水很容易到達裂縫尖端，并對混凝土的開裂起促進作用。

　　在低圍壓下，混凝土材料發(fā)生宏觀軸向劈裂時，裂縫的最終展開方向與主壓應力軸方向平行，可用圖1 （b ）所示的等效裂縫來分析混凝土中的彎折擴展裂縫。圖1（a）所示的翼型裂縫、斜裂縫和分支裂縫面上所受的水壓力是相同的，相當于對裂縫施加了一個劈裂應力，可以計算出斜裂縫面上的正應力和剪應力。

　　當裂縫很多時，還要考慮裂縫之間的相互影響。通?；炷恋钠茐氖怯善渲械牟糠种骺亓芽p導致的，而考慮兩個主控裂縫和考慮多個主控裂縫的結果相差不超過5 % ，因此在圍壓下計算混凝土的強度采用圖2 所示的裂縫模型。

　　混凝土中的裂縫開始開裂時總是從最容易開裂的角度開始，然后發(fā)展到混凝土的破壞?！洞嘈圆牧霞氂^損傷力學》（ 馮西橋，余壽文，高等教育出版社，1995）對裂縫的統(tǒng)計平均半徑取為0.81cm，摩擦因數為0.25，無圍壓時最易開裂的角度為4 2 °，圍壓為2MPa 時，最易開裂的角度為4 4 °。求得飽和與干燥混凝土在不同裂縫間距下的抗壓強度如圖3 所示。

　　由圖3 可見，隨著圍壓的增大，混凝土的靜力抗壓強度提高；而裂縫中的水使靜力抗壓強度有所降低。

　　動力下自由水對混凝土的作用動力條件下飽和混凝土裂縫中的水壓力不僅與混凝土的體積變形有關，還與裂縫的展開速度有關?？焖偌虞d時，由于裂縫的擴展速度較快，裂縫中的自由水不易到達裂縫尖端，在表面張力的作用下，裂縫尖端的自由水形成了一個彎月面，對裂縫尖端產生一種收縮力，阻止裂縫的進一步擴展。當裂縫發(fā)生快速滑移時，水的粘性會對裂縫的滑移產生黏滯阻力，減少促使裂縫擴展的劈裂力。因此在研究圍壓下飽和混凝土的動力強度時，要考慮這兩種自由水的作用。

　　大量試驗表明，動力荷載作用下混凝土的破壞形式與靜力荷載相似，但是在動力條件下混凝土的抗壓強度提高，且混凝土的動力抗壓強度不僅與圍壓有關，還與加載速度和混凝土的濕度有關。