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混凝土收缩徐变对构件有什么影响

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。

这种在荷载保持不变的情况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。

混凝土的组成和配合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约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℃的试件受荷一年后的徐变,要比温度为20℃的试件大1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。

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,分析研究收缩和膨胀的现象以收缩为主。

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2年后趋于稳定,最终收缩应变大约为(2~5)×10-4,一般取收缩应变值为3×10-4。

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,收缩就越大。

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。

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。

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。

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,收缩会引起构件内混凝土产生拉应力,甚至会有裂缝产生。

在不受约束的混凝土结构中,钢筋和混凝土由于粘接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。

一、影响因素分析
影响混凝土收缩和徐变的因素很多。

概括地讲,主要因素有构件性质、环境条件和荷载条件等。

1、骨料对混凝土收缩徐变的影响
骨料对混凝土收缩的影响取决于两个方面:一是骨料吸水率,二是骨料相对于硬化水泥浆的刚度。

水泥浆是混凝土收缩的主要部分,骨料一般对水泥浆的收缩起制约作用,配低吸水率、高弹模骨料的混凝土将产生低的徐变和收缩。

一般认为,普通轻骨料混凝土的收缩与徐变比普通混凝土大。

2、水泥品种对混凝土收缩徐变的影响
一般情况下,水泥的品种或化学成分对混凝土的收缩并无影响,但膨胀水泥能较大程度的减少混凝上的收缩。

另外,水泥成分对混凝土的自生收缩的影响要比对干燥收缩的影响大。

水泥品种对混凝土徐变的影响,在于其对混凝土加载时的强度的影响。

当加载龄期、应力和其它条件相同时,导致混凝土强度发展较快的水泥将导致较低的徐变。

3、含水量对混凝土收缩徐变的影响
含水量对水泥胶体及混凝土的干燥收缩有较大的影响。

在单位混凝土的水泥用量相同时,水灰比愈大则收缩也愈大。

另一方面,当含水量不变时,单位体积的水泥用量愈大则收缩愈大。

在其它条件相同时,混凝土的徐变随水灰比的增加而增大。

但若取混凝土的“初应力/强度”比值相同时,水灰比愈小徐变反而愈大,这是因为低水灰比的混凝土的相对初始强度的发展速度小于高水灰比的混凝土。

4、周围介质的温度、湿度对混凝土收缩徐变的影响
湿度愈大,吸附水的蒸发量愈小,水泥的水化程度愈高,水泥凝胶体的密度也愈高,收缩和徐变也愈小。

相对湿度对加载早期的徐变影响更大。

介质的温度对混凝土收缩影响不大,对混凝土的徐变有显著的影响。

随介质温度升高,徐变率将加大,温度在20℃~90℃之间以71 ℃时的徐变率最大,随后又开始下降。

5、养护条件对混凝土收缩徐变的影响
采用蒸汽养护或高压蒸汽养护,有利于保证水泥水化的湿度和温度,促进混凝土强度的发展和水泥凝胶体密度的提高。

因而,蒸汽养护或高压蒸汽养护能大幅度减少收缩,并有利于徐变的减少。

6、构件尺寸对混凝土收缩徐变的影响
构件尺寸决定了介质湿度和温度影响混凝土内部水分溢出的程度,随构件体表比的增大,混凝土的收缩和徐变较小。

但当混凝土与环境达到湿度平衡时,尺寸效应将消失。

试验表明,当构件体表比超出0.9m时,尺寸因素可以忽略不计。

7、配筋时混凝土收缩徐变的影响
钢筋对混凝土的变形起约束作用,从理论上讲可以减小混凝土的收缩和徐变。

但迄今为止,绝大多数的收缩徐变试验均没有考虑配筋的影响,应用于结构分析时为简化计算一般也忽略钢筋的影响,这势必带来误差。

8、加载龄期对混凝土徐变的影响
加载龄期对混凝土徐变有非常显著的影响。

加载龄期愈小,水泥的水化愈不充分,混凝土的强度愈低,混凝土的徐变也愈大。

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