如果將一塊混凝土按比例放大，就可看作由粗骨料和硬化的水泥砂漿這兩種性質(zhì)迥異的主要材料構(gòu)成的非線性、三維實(shí)體結(jié)構(gòu)物。在承受荷載之前和之后，都存在十分復(fù)雜的微觀應(yīng)力（應(yīng)變）場。這正是混凝土材性變化大和性能指標(biāo)離散的主要原因。

在混凝土的凝固過程中，水泥的水化作用產(chǎn)生凝膠體，使水泥砂漿逐漸變稠、硬化，和粗骨料粘結(jié)成一整體。在此同時(shí)，混凝土因水分逐漸逸出而變干燥，水泥砂漿發(fā)生的收縮量遠(yuǎn)大于粗骨料的收縮量。此收縮差使粗骨料受壓， 而砂漿受拉。 雖然任一截面上的應(yīng)力合力為零，但局部的收縮應(yīng)力值可能很大，以致在粗骨料界面上形成微裂縫。

同樣，由于粗骨科和硬化水泥漿間的線膨脹系數(shù)的差別，即使兩者的溫度變化相同，也因?yàn)樽冃蔚牟灰恢�、又相互約束而產(chǎn)生不均勻的三維應(yīng)力場。更何況混凝土是熱情性材料（導(dǎo)熱系數(shù)A＝（0.81—1.86）w／m.K），因?yàn)樗�化熱、環(huán)境溫度變化或事故（火）升溫等因素影響， 將使混凝土表層和內(nèi)部形成較大的溫度差，內(nèi)部的微觀溫度應(yīng)力（應(yīng)變）場更為復(fù)雜、變化大。

當(dāng)結(jié)構(gòu)承受外力的作用，即使局部混凝土的宏觀應(yīng)力均勻，也會(huì)因?yàn)榇止橇系碾S機(jī)排列和水泥砂漿的不規(guī)則形狀、兩者的彈性（或變形）模量和抗拉、壓強(qiáng)度的差別，以及粗骨料周邊的接觸狀況的不同而存在著不均勻的微觀應(yīng)力場， 不僅主要截面，其它任何方向截面上的應(yīng)力分布都不均勻。至于混凝土內(nèi)存在的各種氣孔和縫隙，其尖端附近的局部應(yīng)力集中區(qū)，微觀的應(yīng)力變化大且應(yīng)力值高，而進(jìn)入塑性階段（可參考斷裂力學(xué)理論）。

所有這些都表明，從微觀上分析混凝土必然是一個(gè)非常復(fù)雜的、不確定的。 三維應(yīng)力（變形）狀態(tài)，對(duì)于混凝土的開裂、裂縫發(fā)展、變形、極限強(qiáng)度和破壞形態(tài)等都有很大影響。