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混凝土是用水泥、水、砂（细骨料）石材（粗骨料）以及外加剂等原材料经搅拌后入模浇筑，经养护硬化形成的人工石材。混凝土各组成成分的数量比例、水泥的强度、骨料的性质以及水与水泥胶凝材料的比例（水胶比）对混凝土的强度和变形有着重要的影响。另外，在很大程度上，混凝土的性能还取决于搅拌质量、浇筑的密实性和养护条件。
混凝土在凝结硬化过程中，水化反应形成的水泥结晶体和水泥凝胶体组成的水泥胶块把砂、石骨料黏结在一起。水泥晶体和砂、石骨料组成了混凝土中错综复杂的弹性骨架，主要依靠它来承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点。水泥凝胶体是混凝土产生塑性变形的根源，起着调整和扩散混凝土应力的作用。
图 3.10 混凝土内微裂缝情况
在混凝土凝结初期，由于水泥胶块的收缩、泌水、骨料下沉等原因，在粗骨料与水泥胶块的接触面上以及水泥胶块内部将形成微裂缝，也称黏结裂缝（图3.10）。它是混凝土内最薄弱的环节。混凝土在受荷前存在的微裂缝在荷载作用下将继续发展，对混凝土的强度和变形将产生重要影响。
强度是指结构材料所能承受的某种极限应力。在实际工程中，单向受力构件是极少见的，一般均处于复合应力状态，复合应力作用下混凝土的强度应引起足够的重视。研究复合应力作用下混凝土的强度必须以单向应力作用下的强度为基础，因此，单向受力状态下混凝土的强度指标就很重要，它是结构构件分析、建立强度理论公式的重要依据。
混凝土的强度与水泥标号、水灰比、骨料品种、混凝土配合比、硬化条件和龄期等有很大关系。在实验室还因试件的尺寸及形状、试验方法和加载时间的不同，所测得的强度也不同。
混凝土的立方体抗压强度（简称“立方体强度”）是衡量混凝土强度的基本指标，用f cu 表示。我国采用边长为150 mm的立方体作为混凝土抗压强度的标准尺寸试件，并以立方体抗压强度作为混凝土各种力学指标的代表值。《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2019）规定以边长为150 mm的立方体在（20 ± 3）℃的温度和相对湿度在90％以上的潮湿空气中养护28 d，依照标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度（以N/mm计）作为混凝土的强度等级，并用符号f cu 表示。
《规范》规定的混凝土强度等级有13 级，分别为C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。符号“C”代表混凝土，后面的数字表示混凝土的立方体抗压强度的标准值（以N/mm 2 计），如C30表示混凝土立方体抗压强度标准值为30 N/mm 2 。《规范》规定，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20，采用400 MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25；承受重复荷载的钢筋土构件，混凝土强度等级不应低于C30；预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。
试验方法对混凝土的f cu 有较大影响，试件在试验机上受压时，纵向要压缩，横向要膨胀，由于混凝土与压力机垫板弹性模量与横向变形的差异，压力机垫板的横向变形明显小于混凝土的横向变形。当试件承压接触面上不涂润滑剂时，混凝土的横向变形受到摩擦力的约束，形成“箍套”的作用。在“箍套”的作用下，试件与垫板的接触面局部混凝土处于三向受压应力状态，试件破坏时形成两个对顶的角锥形破坏面，如图3.11（a）所示。如果在试件承压面上涂一些润滑剂，这时试件与压力机垫板间的摩擦力大大减小，试件沿着力的作用方向平行地产生几条裂缝而破坏，所测得的抗压极限强度较低，如图3.11（b）所示。《规范》规定的标准试验方法是不加润滑剂的。
图 3.11 混凝土立方体的破坏情况
试件尺寸对混凝土f cu 也有影响。试验结果证明，立方体尺寸越小则试验测出的抗压强度越高，这个现象称为尺寸效应。对此现象有多种不同的原因和理论解释，但还没有得出一致的结论。一种观点认为是材料自身的原因，认为与试件内部缺陷（裂纹）的分布，粗、细粒径的大小和分布，材料内摩擦角的不同和分布，试件表面与内部硬化程度有差异等因素有关。另一种观点认为是试验方法的原因，认为与试件受压面与试验机之间摩擦力分布（四周较大，中央较小）、试验机垫板刚度有关。
过去我国曾长期采用以200 mm边长的立方体作为标准试件。试验研究也采用100 mm的立方体试件。用这两种尺寸试件测得的强度与用150 mm立方体标准试件测得的强度有一定差距，这归结于尺寸效应的影响。所以非标准试件强度乘以一个换算系数后，就可变成标准试件强度f cu 。根据大量实测数据，《规范》规定，如采用200 mm或100 mm的立方体试件时，其换算系数分别取1.05和0.95。
混凝土的抗压试验时加载速度对立方体抗压强度也有影响，加载速度越快，测得的强度越高。通常规定加载速度：混凝土的强度等级低于C30时，取每秒钟0.3～0.5 N/mm 2 ；混凝土的强度等级高于或等于C30时，取每秒钟0.5～0.8 N/mm 2 。
随着试验时混凝土的龄期增长，混凝土的极限抗压强度逐渐增大，开始时强度增长速度较快，然后逐渐减缓，这个强度增长的过程往往要延续几年，在潮湿环境中延续的增长时间更长，如图3.12所示。
图 3.12 混凝土强度随龄期增长曲线
实线——在潮湿环境下；虚线－－－在干燥环境下
由于实际结构和构件往往不是立方体，而是棱柱体，所以用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。试验证实，轴心抗压钢筋混凝土短柱中的混凝土抗压强度基本上和棱柱体抗压强度相同。可以用棱柱体测得的抗压强度作为轴心抗压强度，又称为棱柱体抗压强度，用f c 表示。各级别混凝土轴心抗压强度标准值见附表1，设计值见附表2。棱柱体的抗压试验及试件破坏情况如图3.13所示。
棱柱体试件是在与立方体试件相同的条件下制作的，试件承压面不涂润滑剂且高度比立方体试件高，因而受压时试件中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态。试验量测到f c 值比f cu 值小，并且棱柱体试件高宽比（即h/b）越大，它的强度越小。我国采用150 mm×150 mm×300 mm棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件，如确有必要，也可采用非标准试件，但要考虑换算系数的问题。
根据我国近年来所做的棱柱体与立方体试件的抗压强度对比试验，可得如图3.14所示的结果，试验资料得出f ck 值与f cu 值的统计平均值关系为
式中α 1 ——棱柱体强度与立方体强度之比，对C50 及以下等级混凝土取0.76；C80 混凝土取0.82，中间值按内插法确定；
图 3.13 混凝土棱柱体抗压试验
图 3.14 混凝土的轴心抗压强度f c 值与f cu 值的关系
α 2 ——高强混凝土的脆性折减系数，对C40及以下混凝土取1，C80取0.87，中间值按内插法确定；0.88为考虑实际构件与试件混凝土之间的差异而取的折减系数。
在国外有一些国家采用圆柱体试件，如日本、美国采用
6×12 in（
150×300 mm）的圆柱体试件，测得的圆柱体抗压强度用
表示，
与f
cu
的换算关系大致为
混凝土的抗压强度远低于砂浆和粗骨料任一单体材料的强度，例如，粗骨料的抗压强度为90 N/mm 2 ，砂浆抗压强度为48 N/mm 2 ，由这两种材料组成的混凝土抗压强度只有24 N/mm 2 ，其原因可从混凝土受压破坏的机理来分析。由水泥、水、骨料组成的混凝土，在硬化过程中水泥和水形成的水泥石与骨料黏结在一起。凝结初期由于水泥石收缩、骨料下沉等原因，在水泥石和骨料之间的交界面上形成微裂缝，它是混凝土中最薄弱的环节，加荷载前已存在这种微裂缝。在外力作用下（见图3.15），微裂缝将有一个发展过程，混凝土的破坏过程是裂缝不断产生、扩展和失稳的过程，这些过程可用超声波、X光、电子显微镜进行直接或间接观测。
图 3.15 X光观测裂缝发展示意图
研究结果表明，混凝土从受荷载到破坏的全过程可分为3个阶段，如图3.16所示。
第1阶段，应力较小时，σ≤（0.3～0.4）f c ，微裂缝没有明显的发展，在砂浆和骨料的接合面上的某些点上产生拉应力集中，当拉应力超过了接合面的黏结强度时，这些点就开裂，从而缓和了应力集中并恢复平衡。当应力不增大时，不再出现新的裂缝，分散的细微裂缝处于稳定状态。
图 3.16 混凝土的应力应变曲线与微裂缝的发展过程
第2阶段，（0.3～0.4）f c ≤σ≤（0.7～0.9）f c ，随着荷载的增大，水泥石中的裂缝与骨料处的微裂缝不断产生、发展着。这些裂缝仍然处于稳定状态，即荷载不增大裂缝不会持续发展。由于不可恢复的变形明显增加，应力-应变曲线弯向应变轴，横向变形系数增大。
第3阶段，（0.7～0.9）f c ≤σ≤f c ，随着荷载的增大，裂缝宽度和数量急剧增加，水泥石中的裂缝与骨料接合处微裂缝连接成通缝。即使应力不增加，裂缝也会持续开展，裂缝已进入非稳定状态。应力再增加，混凝土内裂缝贯通发展，骨料与混凝土之间的黏结作用基本消失。当应力达到f c 后，混凝土内裂缝形成了破坏面，将混凝土分成若干个小柱体，但混凝土的强度并未完全丧失。沿破坏面上的剪切滑移和裂缝的不断延伸扩大，使应变急剧增大，承载能力下降，试件表面出现不连续的纵向裂缝，应力应变出现下降段。最后骨料与水泥石的黏结基本丧失，滑移面上的摩擦咬合力耗尽，试件压酥破坏。
上述实验破坏过程可以分别从横向应变ε
2
和ε
3
、纵向应变ε
1
、横向变形系数μ、平均体积应变
与应力的关系得到反映，如图3.17所示。从图3.17中明显地看出，当σ≈0.8 f
c
时，平均体积应变从压缩转向膨胀，横向变形系数增大，横向和纵向应变都有相应的突变。
以上破坏机理的分析，说明了混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的扩展所致。如果对混凝土的横向变形加以约束，限制裂缝的开展，可提高混凝土的纵向抗压强度。
混凝土的抗拉强度f t 比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的5％～ 10％，f cu 越大，f t/ f cu 值越小，混凝土的抗拉强度取决于水泥石的强度和水泥石与骨料的黏结强度。采用表面粗糙的骨料及较好的养护条件可提高f t 。
图 3.17 ε 1 ，ε 2 ，ε 3 ，μ和平均体积应变与应力关系
轴心抗拉强度是混凝土的基本力学性能，也可间接地衡量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度。
图 3.18 混凝土的抗拉强度试验方法
轴心抗拉强度可采用如图3.18（a）所示的试验方法，试件尺寸为100 mm×100 mm ×500 mm的柱体，两端埋有伸出长度为180 mm的变形钢筋（d=16 mm），钢筋位于试件轴线上。试验机夹紧两端伸出的钢筋，对试件施加拉力，破坏时裂缝产生在试件的中部，此时的平均破坏应力为轴心抗拉强度f t 。
现将中国建筑科学研究院及铁道部科学研究院进行轴心抗拉强度试验结果绘于如图3.19所示中。由试验得到轴心抗拉强度平均值与立方体抗压强度的平均值的经验公式为
考虑到构件与试件的差别、尺寸效应和加荷速度等因素，《规范》取
式中α 2 ——脆性折减系数，对C40取α 2 =1.0，对C80取α 2 =0.87，中间按线性插值计算。在测定混凝土抗拉强度时，上述试验方法是相当困难的。故国内外多采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度，如图3.18（b）所示。在立方体或圆柱体上的垫条施加一条压力线荷载，这样试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围外，有均匀分布的水平拉应力。当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件被劈成两半。根据弹性理论，劈裂抗拉强度f t，s 可计算为
式中F——破坏荷载；
d——圆柱直径或立方体边长；
l——圆柱体长度或立方体边长。
根据我国近年来100 mm立方体劈拉试验的试验结果，f t ， s 与f cu 的试验关系为
图 3.19 混凝体轴心抗拉强度f t 与f cu 的关系
混凝土结构和构件通常受到轴力、弯矩、剪力和扭矩的不同组合作用，混凝土很少处于理想的单向受力状态，而更多的是处于双向或三向受力状态，分析混凝土在复合应力作用下的强度就很有必要。
由于混凝土的特点，在复合应力作用下的强度至今尚未建立起完善的强度理论，目前仍只有借助有限的试验资料，推荐一些近似方法作为计算的依据。
1）混凝土的双向受力强度
在混凝土单元体两个互相垂直的平面上，作用有法向应力σ 1 和σ 2 ，第三个平面上应力为零。混凝土在双向应力状态下强度的变化曲线如图3.20所示，则
式中α s ——受剪屈服参数。
双向受压时（见图3.20中第一象限），一向的抗压强度随另一向压应力的增大而增大，最大抗压强度发生在两个应力比σ 1 /σ 2 或σ 2 /σ 1 为0.4～0.7时，其强度比单向抗压强度增加约30％，而在两向压应力相等的情况下强度增加为15％～ 20％。
双向受拉时（见图3.20中第三象限），一个方向的抗拉强度受另一个方向拉应力的影响不明显，其抗拉强度接近于单向抗拉强度。
一个方向受拉另一个方向受压时（图3.20中第二、四象限），抗压强度随拉应力的增大而降低，同样抗拉强度也随压应力的增大而降低，其抗压或抗拉强度均不超过相应的单轴强度。
2）混凝土在法向应力和剪应力的作用下的复合强度
当混凝土受到剪力、扭矩引起的剪应力和轴力引起的法向应力共同作用时，形成“拉剪”和“压剪”复合应力状态，如图3.21 所示为混凝土法向应力与剪应力的关系曲线。从图中可以看出，抗剪强度随拉应力的增大而减小；随着压应力的增大，抗剪强度增大，但大约在
0.6时，由于内裂缝的明显发展抗剪强度反而随压应力的增大而减小。从抗压强度的角度来分析，由于剪应力的存在，混凝土的抗压强度要低于单向抗压强度。
图 3.20 混凝土二轴应力的强度包络图
图 3.21 混凝土在法向应力和剪应力共同作用的复合强度
3）混凝土在三轴应力状态下的强度
①在三轴受拉（拉-拉-拉）应力状态下，混凝土的三轴抗拉强度均可取单轴抗拉强度的0 .9倍。
②三轴抗压（拉-拉-压、拉-压-压）应力状态下，混凝土的三轴抗压强度可根据应力比σ 3 /σ 1 和σ 2 /σ 1 按图3.22确定，或根据附表6内插取值，其最高强度不宜超过单轴抗压强度的1.2倍。
③混凝土在三向受压应力状态。
混凝土在三向受压的情况下，其最大主压应力方向的抗压强度取决于侧向压应力的约束程度。如图3.23所示为圆柱体三轴受压（侧向压应力均为σ 2 ）的试验，随侧向压应力的增加，微裂缝的发展受到了极大的限制，大大地提高了混凝土纵向抗压强度，并使得混凝土的变形性能接近理想的弹塑性体。我国《规范》规定，在三轴受压应力状态下，混凝土的抗压强度可根据应力比σ 2 /σ 3 按如图3.24 所示插值确定，其最高强度值不宜超过单轴抗压强度的5倍。
图 3.22 三轴拉-压应力状态下混凝土的三轴抗压强度
图 3.23 圆柱体试件三向受压试验
图 3.24混凝土三轴抗压强度
混凝土三向受压时，一向抗压强度随另两向压应力的增加而增大，并且混凝土受压的极限变形也大大增加。图3.23 为圆柱体混凝土试件三向受压时（侧向压应力均为σ 2 ）的试验结果，由于周围的压应力限制了混凝土内微裂缝的发展，这就大大提高了混凝土的纵向抗压强度和承受变形的能力。由试验结果得到的经验公式为
式中
——在等侧向压应力作用下混凝土圆柱体抗压强度；
——无侧向压应力时混凝土圆柱体抗压强度；
κ——侧向压应力系数，根据试验结果取，平均值为5.6，当侧向压应力较低时得到的系数值较高。
三轴受压（压-压-压）应力状态下，混凝土的三轴抗压强度可根据应力比σ 3 /σ 1 和σ 2 /σ 1 按图3.24确定，其最高强度值不宜超过单轴抗压强度的5倍。
对于纵向受压的混凝土，如果约束混凝土的侧向变形，也可使混凝土的抗压强度有较大提高。如采用钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱等，能有效约束混凝土的侧向变形，使混凝土的抗压强度、延性（耐受变形的能力）有相应的提高，如图3.25所示。
图 3.25 配螺旋筋柱体试件的应力-应变曲线
混凝土的变形可以分为两类来研究：一类为混凝土的受力变形，另一类为混凝土的体积变形。
混凝土的σ-ε曲线是混凝土力学性能的一个重要方面，它是钢筋混凝土构件应力分析、建立强度和变形计算理论必不可少的依据。
如图3.26所示为天津大学实测的典型混凝土棱柱体的σ-ε曲线。在第Ⅰ阶段，即从加荷载至A点（σ=0.3～0.4f c ），由于试件应力较小，混凝土的变形主要是骨料和水泥结晶体的弹性变形，应力-应变关系接近直线，A点称为比例极限点。超过A点后，进入稳定裂缝扩展的第Ⅱ阶段，至临界点B，临界点B相对应的应力可作为长期受压强度的依据（一般取为0.8f c ）。此后试件中所积蓄的弹性应变能始终保持大于裂缝发展所需的能量，形成裂缝快速发展的不稳定状态直至C点，即第Ⅲ阶段，应力达到的最高点为f c ，f c 相对应的应变称为峰值应变ε 0 ，一般ε 0 =0.0015～0.0025，平均取ε 0 =0.002。在f c 以后，裂缝迅速发展，结构内部的整体性受到越来越严重的破坏，试件的平均应力强度下降，当曲线下降到拐点D后，σ-ε曲线又凸向水平方向发展，在拐点D之后σ-ε曲线中曲率最大点E称为“收敛点”。E点以后主裂缝已很宽，结构内聚力已几乎耗尽，对于无侧向约束的混凝土已失去结构的意义。对于不同强度混凝土的σ-ε曲线如图3.27所示。
图 3.26 受压混凝土棱柱体σ-ε曲线
图 3.27 不同强度等级的受压混凝土棱柱体σ-ε曲线
为了理论分析的需要，许多学者对实测的受压混凝土的σ-ε曲线加以模式化，并写出其数学表达式，国内外已经提出十多种不同的计算模式，其目的是使分析计算尽量简单，又基本符合试验结果，上升段假定为抛物线、下降段假定为直线的居多。我国《规范》采用的是德国Rüsch建议模型，上升段为二次抛物线，下降段为直线，如图3.28所示。
式中，ε 0 =0.002＋0.5（f cu － 50）× 10 -5 ，当ε 0＜ 0.002 时，取ε 0 =0.002；
图 3.28 Rüsch建议模型σ-ε曲线
ε cu ＝ 0.0033-（f cu － 50）× 10 -5 ，当ε cu ＞0.0033 时，取ε cu ＝ 0.0033（Rüsch建议模型ε cu ＝ 0.0035）。
在计算混凝土构件的截面应力、变形、预应力混凝土构件的预压应力，以及由于温度变化、支座沉降产生的内力时，需要利用混凝土的弹性模量。由于一般情况下受压混凝土的σ-ε曲线是非线性的，应力和应变的关系并不是常数，这就产生了“模量”的取值问题。如图3.29所示，通过原点O的受压混凝土的σ-ε曲线的切线的斜率为混凝土的初始弹性模量E c ，但是它的稳定数值不易从试验中测得。
图 3.29 混凝土弹性模量E c 的测定方法
目前，我国《规范》中弹性模量E c 值是用下列方法确定的，采用棱柱体试件，取应力上限为0.5f c 重复加荷5～10次。由于混凝土的塑性性质，每次卸载为零时，存在残余变形。但随荷载多次重复，残余变形逐渐减小，重复加荷5～10次后，变形趋于稳定，混凝土的σ-ε曲线接近于直线（见图3.29），该直线的斜率为混凝土的弹性模量。根据混凝土不同强度等级的弹性模量实验值的统计分析，E c 与f cu 的经验关系为
混凝土的σ-ε曲线上任一点a与原点O的连线Oa（割线）的斜率，称为混凝土的变形模量
。设弹性应变ε
el
与总应变ε的比值为弹性系数ν，即
弹性系数ν反映了混凝土的弹塑性性质，随着混凝土的σ增大ν减小。则任一点的变形模量
可用E
c
和
ν
乘积来表示，即
受拉混凝土的σ-ε曲线的测试比受压时要难得多。如图3.30 所示为天津大学测出的轴心受拉混凝土的σ-ε曲线，曲线形状与受压时相似，也有上升段和下降段。受拉σ-ε曲线的原点切线斜率与受压时基本一致，因此，混凝土受拉和受压均可采用相同的弹性模量E
c
。峰值应力f
t
时的相对应变ε
0
=75×10
-6
～ 115×10
-6
，变形模量
＝（76％～ 86％）E
c
。考虑到应力达到f
t
时的受拉极限应变与混凝土强度、配合比、养护条件有着密切的关系，变化范围大，取相应于抗拉强度f
t
时的变形模量
＝ 0.5E
c
，即应力达到f
t
时的弹性系数ν=0.5。
图 3.30 不同强度混凝土拉伸σ-ε曲线
试验表明，把混凝土棱柱体加压到某个应力之后维持荷载不变，则混凝土会在加荷瞬时变形的基础上，产生随时间而增长的应变。这种在长期荷载作用下随时间而增长的变形称为徐变。徐变对于结构的变形和强度，预应力混凝土中的钢筋应力都将产生重要的影响。
图 3.31 混凝土的徐变
根据我国原铁道部科学研究院的试验结果，将典型的徐变与时间的关系（见图3.31）加以说明：从图3.31中看出，某一组棱柱体试件，当加荷应力达到0.5f
c
时，其加荷瞬间产生的应变为瞬时应变ε
eta
。若荷载保持不变，随着加荷时间的增长，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐变应变ε
cr
。徐变开始半年内增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定。徐变应变值为瞬时弹性应变的1～4倍。两年后卸载，试件瞬时恢复的应变
略小于瞬时应变ε
eta
。卸载后经过一段时间量测，发现混凝土并不处于静止状态，而是经历着逐渐地恢复过程，这种恢复变形称为弹性后效
。弹性后效的恢复时间为20 d左右，其值约为徐变变形的1/12。最后剩下的大部分不可恢复变形为
。
混凝土的组成和配比是影响徐变的内在因素。水泥用量越多和水灰比越大，徐变也越大。骨料越坚硬、弹性模量越高，徐变就越小。骨料的相对体积越大，徐变越小。另外，构件形状及尺寸，混凝土内钢筋的面积和钢筋应力性质，对徐变也有不同的影响。
养护及使用条件下的温湿度是影响徐变的环境因素。养护时温度高、湿度大、水泥水化作用充分，徐变就小，采用蒸汽养护可使徐变减小20％～ 35％。受荷后构件所处环境的温度越高、湿度越低，则徐变越大。如环境温度为70 ℃的试件受荷1年后的徐变，要比温度为20 ℃的试件大一倍以上，因此，高温干燥环境将使徐变显著增大。
混凝土的应力条件是影响徐变的非常重要因素。加荷时混凝土的龄期越长，徐变越小。混凝土的应力越大，徐变越大。随着混凝土应力的增加，徐变将发生不同的情况，如图3.32所示为不同应力水平下的徐变变形增长曲线。由图3.32 可见，当应力较小时（σ≤0.5f c ），曲线接近等距离分布，说明徐变与初应力成正比，这种情况称为线性徐变，通常认为是水泥胶体的黏性流动所致。当施加于混凝土的应力σ=（0.5～0.8）f c 时，徐变与应力不成正比，徐变比应力增长较快，这种情况称为非线性徐变，一般认为发生这种现象的原因是水泥胶体的黏性流动的增长速度已比较稳定，而应力集中引起的微裂缝开展则随应力的增大而发展。
图 3.32 初应力对徐变的影响
当应力σ＞0.8f c 时，徐变的发展是非收敛的，最终将导致混凝土破坏。实际σ=0.8f c 即为混凝土的长期抗压强度。如图3.33所示为不同加荷时间的应变增长曲线与徐变极限和强度破坏时的应变极限的关系。
图 3.33 加荷时间与徐变极限及强度破坏极限的关系
混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩；混凝土在水中或处于饱和湿度情况下，结硬时体积增大的现象称为膨胀。一般情况下混凝土的收缩值比膨胀值大很多，所以分析研究收缩和膨胀的现象以收缩为主。
原铁道部科学研究院的收缩试验结果如图3.34 所示。混凝土的收缩是随时间而增长的变形，结硬初期收缩较快，1个月大约可完成1/2 的收缩，3 个月后增长缓慢，一般两年后趋于稳定，最终收缩应变为（2～5）× 10 -4 ，一般取收缩应变值为3×10 -4 。
图 3.34 混凝土的收缩曲线
干燥失水是引起收缩的重要因素，所以构件的养护条件，使用环境的温湿度，以及影响混凝土水分保持的因素，都对收缩有影响。使用环境的温度越高、湿度越低，收缩越大。蒸汽养护的收缩值要小于常温养护的收缩值，这是因为高温高湿可加快水化作用，减少混凝土的自由水分，加速了凝结与硬化的时间。
通过试验还表明，水泥用量越多、水灰比越大，收缩越大；骨料的级配好、弹性模量大，收缩越小；构件的体积与表面积比值大时，收缩小。混凝土的收缩对于养护不好的混凝土构件，表面在受荷前可能产生收缩裂缝。需要说明的是，混凝土的收缩对处于完全自由状态的构件，只会引起构件的缩短而不开裂。对于周边有约束而不能自由变形的构件，收缩会引起构件内产生拉应力，甚至会有裂缝产生。
在不受约束混凝土结构中，钢筋和混凝土由于黏结力的作用，相互之间变形是协调的。混凝土具有收缩的性质，而钢筋并没有这种性质，钢筋的存在限制了混凝土的自由收缩，使混凝土受拉、钢筋受压，如果截面的配筋率较高时会导致混凝土开裂。
当温度变化时，混凝土的体积同样也有热胀冷缩的性质。混凝土的温度线膨胀系数一般为（1.2～1.5）× 10 -5 /℃，用这个值去度量混凝土的收缩，则最终收缩量为温度降低15～30 ℃时的体积变化。
当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生温度应力。在大体积混凝土中，由于混凝土表面较内部的收缩量大，再加上水泥水化热使混凝土的内部温度比表面温度高，如果把内部混凝土视为相对不变形体，它将对试图缩小体积的表面混凝土形成约束，在表面混凝土形成拉应力，如果内外变形差较大，将会造成表层混凝土开裂。