混凝土徐变影响因素

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇混凝土徐变影响因素范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：在充分阐述混凝土徐变机理的基础上，从影响混凝土徐变的内部因素和外部因素两方面介绍影响混凝土徐变的因素，并通过对前人的试验结论总结出其规律。

关键词： 混凝土徐变机理规律内部因素外部因素

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：

引言

自混凝土问世以来, 凭借其所用原材料资源丰富、价格低廉、可塑性好等优点很快受到世人青睐, 时至今日, 已成为土木工程界用量最大的人造工程材料。徐变是混凝土材料本身固有的时变特性, 对于混凝土结构的受力和变形性能有着显著的影响,徐变可以引起预应力混凝土结构的预应力损失;在大跨度梁中，徐变增加了梁的挠度，由于徐变总应变可高达加载后产生的弹性变形的1-4倍，所以实际的工程设计中不能忽略混凝土的徐变对结构的不利影响。而在大体积混凝土结构中，徐变能降低温度应力，减小收缩裂缝;在结构应力集中区和因基础不均匀沉陷引起局部应力的结构中，徐变能削减这类结构的 应力峰值，这些都是徐变对结构的有利影响。因此，在这类结构中，在保持强度不变条件下，要设法提高混凝土的徐变。因而我们需要对影响混凝土徐变的因素进行研究。

1混凝土产生徐变的机理

目前对徐变的主要机理的理论分为以下几种（1）在应力作用下、在吸附水层的作用下, 水泥凝胶体的滑动或剪切所产生的水泥石的粘稠变形; ( 2)在应力作用下, 由于吸附水的渗流或层间水的转移而导致的紧缩; ( 3) 由水泥凝胶对骨架弹性变形的约束作用引起的滞后弹性变形; ( 4)由于局部破裂以及重新结晶与新的联结而产生的水久变形。

还有一些其它的理论如: 粘弹性理论、混凝土徐变的渗出理论、粘性流动理论、晶格滑动理论、微裂缝理论。

但是没有一种理论能得到满意的解释。于是我认为把几种理论结合起来解释可能会得到比较满意的解释。加荷初期混凝土的徐变速率较大, 而后徐变速率随时间不断减小, 且产生可复徐变, 这可用粘弹性理论和粘性流动理论来解释。这期间还产生不可恢复的徐变变形, 可用渗出理论来解释。继续加载, 主要产生不可复徐变, 这可由粘性流动理论来解释。当加载应力超过正常工作应力时, 徐变的速率又迅速增大, 应力- 应变关系显现出明显的非线性特征。这可用塑性理论和微裂缝理论来解释。不过, 该阶段在实际结构中很少发生, 通常混凝土结构的徐变将最终趋于稳定。

2影响混凝土徐变的因素

影响混凝土徐变的因素很多, 下面主要分外

部因素和内部因素来介绍影响混凝土徐变的因

素。

内部因素

2.1.1混凝土水灰比

混凝土水灰比是影响徐变的主要因素。水灰比大的混凝土, 水泥颗粒间距大、孔隙多, 毛细管孔径大、质松强度低, 徐变就大。在水灰比为0. 4~ 0. 6范围内, 混凝土的徐变与水灰比成线性关系; 在水灰比在0. 35~ 0. 85的范围内,混凝土徐变与水灰比成非线性关系。一般情况下当水灰比改变时, 混凝土的水泥浆含量亦将改变, 但在比较不同水灰比对徐变的影响时, 应以同样的其它条件, 包括同样的水泥浆含量及同样的初应力作为比较的基础。在此基础上, 水灰比越低, 徐变越小。低的水胶比加上良好的振捣能够使水泥水化物中胶凝体的密度增加。胶凝体密实则混凝土的强度大, 弹性模量高, 而徐变小。

2.1.2混凝土的骨料

一般认为混凝土中的骨料是惰性的,在外荷作用下，其本身只产生瞬时弹性形变，并没有徐变，它的存在约束了水泥胶体的流动，约束作用大小取决于骨料的刚度(弹性模量) 和骨料所占的体积比。当骨料弹性模量小于70 GP时，随骨料弹性模量的降低，徐变显著增大。骨料的体积比越大，徐变越小。当骨料含量由60%增大为75%时，徐变可减少 50%,混凝土的水灰比越小，徐变也越小，在常用的水灰比(0.4-0.6)范围内，单位应力的徐变与 水灰比呈近似直线关系。

2.1.3 混凝土的水泥品种

水泥的品种对徐变影响是由于就它对混凝土强度的影响。因此, 在早龄期加载情况下,徐变以快硬、普通、低热水泥的次序增加。在配合比、加载龄期及加载应力都相同的情况下, 矿渣水泥混凝土与普通水泥混凝土的徐变相比, 矿渣水泥的变形比普通水泥的大。在水中, 膨胀混凝土的徐变随膨胀水泥的增加而增大; 水泥中石膏的含量对徐变的影响较大, 高铝水泥的石膏含量高,用该水泥配制的混凝土表现出最小的徐变特征。水泥的细度影响混凝土的早期强度, 因此也影响徐变。水泥越细石膏用量越多, 重磨水泥时若不加入石膏就会产生反常的缓凝现象, 这就会导致徐变增大。

2.1.3 混凝土的外加剂

现代混凝土为了提高强度、增加和易性和节约水泥等目的，基本都使用了外加剂。外加剂的种类很多。目前，关于减水剂对徐变影响的研究较多。从现有的研究资料来看，根据减水剂的使用目的不同，其对混凝土徐变的影响也不同，一般分为下述三种情况：（1 ）减水剂用以提高混凝土强度，此时水灰比减小，灰浆率也减小，徐变减小。（2 ）减水剂为了节约水泥，此时对混凝土徐变的影响不大。（3 ）减水剂为了增加混凝土的和易性，此时由于减水剂使水泥颗粒较分散并更容易水化，产生更多的水泥浆体，而水灰比和灰浆率又没变化，所以导致混凝土的徐变增大。

外部因素

2.2.1 加荷应力

混凝土的应力越大，徐变越大。当应力较小时(σ≤0.5fc)，徐变与初应力成正比，这种情况称为线形徐变；当施加于混凝土的应力σ=(0.5-0.8)fc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。

2.2.2 加荷时混凝土龄期

加荷龄期小,相同持荷时间的徐变大,反之则小;加荷龄期小,在开始一段持荷时间里徐变发展快,徐变速率衰减也快。加荷龄期大,在开始一段时间里徐变速率小,但徐变速率随持荷时间的衰减也慢;当加荷龄期够大时,徐变度曲线实际上与龄期无关,这时混凝土可以认为已充分老化。

这是因为，早龄期的混凝土水泥水化正在进行，强度很低，故徐变较大；随着龄期的增长，水泥不断水化，混凝土强度不断提高，其徐变也逐渐减小。

2.2.3 持载时间

混凝土徐变随持载时间的增长而增加。但徐变速率随持载时间的增长而降低。混凝土徐变可以继续非常长的时间, 但大部分徐变却在1年~ 2年内完成。根据乔克西尔的报告, 持载20年以后仍有徐变, 但很微小。若以持载20 年的徐变为准, 则持载1年的徐变为持载20年的76%。20年的徐变的18% ~ 35% (平均26% )在14 d内完成; 40% ~ 70% (平均55% ) 在3 个月内完成;64% ~ 83% (平均76% )在1年内完成。

2.2.4 环境相对湿度

混凝土的徐变随相对湿度的增大而减小，但持荷2 年后，徐变速率与相对湿度基本无关。这是因为混凝土的徐变包含基本徐变和干燥徐变两部分。

环境相对湿度越小，混凝土干燥的越快，干燥徐变越大；到了后期，混凝土与周围环境达到湿度平衡以后，就不再产生干燥徐变，而只发生基本徐变。

2.2.5 环境温度

温度显著的影响着混凝土的徐变。由图3 可以看出，在21℃～71℃之间，徐变随温度的升高而增大，这可认为是温度升高加快了混凝土水分的蒸发速度所致；超过71 ℃之后，一直到96 ℃，徐变随温度的升高而减小，这被认为是由于水分从凝胶体表面上的解除吸附，导致凝胶体本身逐渐变成承受分子扩散和剪切流变的单相物质，继而徐变速率

2.2.6 构件尺寸

一般认为混凝土构件的尺寸越小，徐变越大。这是因为构件尺寸小，混凝土中的水分蒸发快，产生干燥徐变。也可认为，干燥徐变基本发生在混凝土构件的表面，所以构件表面的徐变大于其核心的徐变，核心处的状态接近大体积混凝土的养护情况。即使随时间的发展，干燥徐便达到混凝土核心，但它硬化充分且达到较高强度，因而徐变较低。大体积混凝土可能不存在尺寸的影响。尺寸对混凝土徐变的影响，一般用构件体积/ 表面积比（体表比）的概念来表达。体表比越大，徐变越小。

3 结束语

( 1) 虽然对于混凝土徐变的研究为时已久，但是对混凝土徐变的机理还没有一个理论能解释各种徐变的各种现象。但把几种理论结合起来可能会得到比较满意的解释。

( 2 )影响徐变的因素包括内部因素和外部因素。内部因素又从水泥的品种、骨料的类型、水灰比的大小、外加剂的品种和使用目的对混凝土徐变的影响。水泥的品种对混凝土强度的影响导致了徐变的变化; 骨料对于水泥石的约束作用取决于它的刚度和在混凝土中所占的比例大小; 水灰比和徐变值成正比例关系; 外加剂中的高效减水剂在混凝土中发挥不同作用时其对徐变的影响不一。

( 3) 外部因素包括加载龄期、加载应力、持载时间、温湿度、试件尺寸。早龄期的水泥混凝土强度较低, 徐变较大。晚龄期的混凝土随着强度的提高, 徐变也相应的减小了; 在应力比低于常规的0.5时, 也会使得徐变和应力之间成线性关系; 持载时间和混凝土的徐变成正比例关系,但与徐变速率成反比; 在同样的环境中, 小尺寸的试件比起相同配合比的大尺寸试件徐变值大; 相对湿度较低比相对湿度高的混凝土徐变大; 当温度升高时, 徐变将有显著增加。

参考文献

沈蒲生，梁兴文混凝土结构设计原理 [M] 北京：高等教育出版社 2008

过镇海，时旭东钢筋混凝土原理与分析[M].北京：清华大学出版社.2006.06

唐家华，张玉坤.混凝土徐变的分析与研究[J] .江阴市建筑设计研究院.江苏.江阴.2005.12.

沈蒲生，方辉，夏心红.混凝土收缩徐变对高层混合结构的影响及对策[J] .湖南大学土木工程学院.湖南.长沙.2008.01

惠荣炎, 黄国兴, 易冰若. 混凝土的徐变[M ]. 北京:中国铁道出版社, 1988.

ACI Committee 209. Prediction o f Creep, Shrinkage and Temperature Effects in Concrete Structures [ S]. 209R:M anual of concrete practice, Part 1, American Concrete Institute, 1992.

作者简介：田孟迪（1991-），男，苗族，本科在读，武汉理工大学土木工程与建筑学院学院，专业方向为结构工程