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浅谈影响混凝土的收缩徐变因素

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2018/12/21 14:39
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 1、混凝土的收缩 

  混凝土的收缩顾名思义主要是指混凝土的体积缩小的现象,造成这种混凝土体积变化的主要原因就是混凝土内部水分的蒸发减少,进而导致的随着时间的推移混凝土的体积逐步的变小,这不仅仅是一种物理变化,有时还包含着一些化学反应。一般说来,混凝土的收缩主要包括两种,即平均收缩和自由收缩,其中平均收缩是在几乎所有的混凝土结构中都常见的一种收缩现象,而自由收缩几乎只发生在一些较小的混凝土单元中。详细分析的话会发现,导致混凝土收缩的主要原因及其作用机制主要有以下四种: 

  (1)塑性收缩 

  在混凝土刚刚施工完成后也就是还没有完全凝固之前收缩现象也是存在的,这时主要的收缩原因在于混凝土中的固体颗粒会出现沉降的现象,这种沉降就会导致混凝土颗粒之间的密实度增加,进而导致他们之间发生相互作用出现水分析出的现象,这又进一步的导致了混凝土的凝聚,最终发生收缩变形,因为这一时期的混凝土主要是呈塑性的,所以我们把这种收缩也称作塑性收缩,避免这种收缩出现的主要方法就是尽可能地做好混凝土施工前期的养护工作,杜绝开裂现象的出现。 

  (2)自发收缩 

  自发收缩是指在水化过程中,由于参与水化反应的水和水泥的总体积比水化产物总体积大,从而造成了混凝土体积的缩小。 

  (3)干燥收缩 

  干燥收缩是指处于空气中的混凝土当内部水分丧失时,会引起体积收缩,称为干燥收缩,简称干缩。干燥收缩的原因是由于水分扩散到外部环境中,但混凝土中的收缩不均匀,是由于干燥收缩总是首先从混凝土的表面开始的。 

  2、混凝土的徐变 

  混凝土的时效变形由收缩和徐变两部分组成,收缩应变与构件的应力无关,而徐变应变则是在持续应力作用下而产生的。徐变分为两种:基本徐变和干燥徐变。有关混凝土徐变机理的理论主要有:渗出理论、粘弹性理论、粘性流动理论、塑性流动理论、内力平衡理论、微裂缝理论及力学变形理论等。 

  (1)渗出理论 

  渗出理论是针对徐变现象提出较早的一种理论模式,它是1934年由利奈姆(G.G.Lynam)阐述的,利奈姆认为混凝土之所以会出现徐变现象主要就是因为混凝土内部各个粒子之间的水分在流动的过程中出现渗流导致的,这种渗流主要是在外力的作用下造成的,也就是说混凝土受到压力载荷之后其内部的水分就是因为析出而产生变形。 

  (2)粘弹性理论 

  粘弹性理论主要是建立在混凝土是由骨架和粘弹性液体构成这一理论基础上的,其骨架主要是指混凝土的弹性水泥凝胶,这一理论认为当外界施加给固体一个力的时候就会很容易造成固体瞬时变形,而骨架之间的粘弹性液体会对这种瞬时变形有缓解作用,但是一旦发生混凝土内部的水分流动的话就会很容易导致这种弹性变形增大,但是一旦外在压力消失的话这种变形又会很容易的恢复。 

  (3)粘性流动理论 

  流体流动中通常都呈现粘性,粘性是分子热运动和分子间力造成的动量传递的宏观表现。因此,所谓粘性流体亦即实际流体,其粘性用粘度或表观粘度来表征。 

  (4)塑性流动理论 

  塑性流动理论主要是由福格脱(F.Vogt)提出并且得到验证的,其主要的理论构想是建立在技术材料的塑性形变基础之上的,金属材料在受到超过自身能够承受的外界压力的情况下很容易出现晶格滑动的现象,这种现象的出现就会导致金属材料的形变,而这一点在混凝土变形过程中也是存在的,并且极为类似,但是两者之间也存在着一些本质的区别,比如混凝土材料在变形过程中的抗拉伸能力更强一些,除此之外,混凝土的徐变还可能导致体积的变小现象,这点在金属塑性徐变中是不存在的。 

  (5)内力平衡理论 

  内力平衡理论认为在混凝土内部是存在着一种平衡的,这种平衡保持着混凝土中各个浆体之间的位置,而一旦存在一种外部的压力导致这种平衡发生变化的话就会导致混凝土内部各个浆体的形态变化。这里的内力主要包括以下几部分:各个微粒之间的力;微粒自身表面形成的张力;吸附水的分离压力;静水压力等,这些内力之间的平衡一旦遭到外力、湿度或者是温度任何变化而产生破坏的话就很容易导致混凝土徐变的发生。 

  (6)微裂缝理论 

  微裂缝理论主要是架构在混凝土的变形主要是依托于微裂缝形式存在的,随着外在压力的不同程度的变化混凝土中的微裂缝变化也表现出不同程度的变化,外在压力过小时就会仅仅出现原有微裂缝的增大,而一旦外在压力过大时就会出现新的微裂缝,这种新微裂缝的出现就会造成混凝土的徐变,影响混凝土的质量。 

  (7)力学变形理论 

  此理论表明混凝土是由于持续荷载作用在水泥浆的毛细结构上而产生的徐变,是由于持续荷载作用在水泥浆的结构上,使之与周围介质建立新的平衡而产生的。同时说明了影响混凝土收缩、徐变的基本原因是一致的。 

  3、影响混凝土收缩徐变的主要因素 

  影响混凝土收缩徐变的因素很多,归纳起来可分为内、外部因素。外部因素是指加载龄期、加载应力与混凝土强度之比、持荷时间、相对湿度和温度、结构尺寸效应等; 内部因素主要是指混凝土的组成材料及其性质、配合比; 

  (1)活性掺合料、外加剂对收缩徐变的影响 

  活性掺合料、外加剂对于混凝土徐变造成的影响主要是内部因素,并且其对混凝土收缩徐变造成的影响是较为重要的,当前随着人们对于各项建筑工程品质要求的提高必然也会对与混凝土的质量和各种特性提出了新的要求,而这些要求的满足在不改变原有的混凝土配合比例和组成成分的基础上只能够通过增加活性掺合料和外加剂的方式来实现,就当前我国常用的一些外加剂和掺合料来看,主要的材质有减水剂、粒化高炉矿渣(GGBS)、早强剂、硅灰(SF)等,这些添加剂的使用在很大程度上改变了混凝土的性质,提高了混凝土的塌落度等特性,但是在使用之后的研究发现,这些掺合料的使用在很大程度上会影响到混凝土的收缩变形,进而就会影响到混凝土的质量,当然这种收缩徐变也不都是不好的,一些添加剂的使用有时还会在很大程度上减少混凝土的收缩徐变,但是大多数的添加剂都会使得混凝土出现干燥变形的现象,是我们不愿意看到的一个后果。 

  (2)外界的温度和湿度对收缩徐变的影响 

  在外部因素中温度和湿度可以说是对于混凝土影响较为显著地两个主要因素,虽然这种影响机制较为复杂不能够直观的体现出来,但是已有的很多研究都表明这种影响机制确实是存在的,比如当前人们普遍认为温度过高的话肯定会增大混凝土内部水分的流失,进而就可能增加混凝土徐变的可能性,但是从另外一方面看,在混凝土形成早期,高温状态下的混凝土水化过程加快又会对于混凝土后期的徐变产生减弱效果,这两种矛盾的现象都是温度变化对混凝土造成的影响,但是这种影响都是较弱的,不是非常明显;湿度变化对于混凝土徐变的影响是较为显著地,这也很好理解,当混凝土周围湿度过大时就会导致混凝土中的水分蒸发较小,进而也就不容易产生收缩形变,反之,当混凝土周围的湿度过小时就很容易出现混凝土中的水分蒸发过大的现象,造成混凝土收缩徐变增大。 

  (3)构件的损伤对收缩徐变的影响 

  这里所说的构建的损伤主要是指混凝土内部构件在外部压力过大的情况下出现的微裂缝现象,这种微裂缝的损伤就会造成混凝土的首位徐变,尤其是因为混凝土构件上的微裂缝导致的刚度退化(stiffness degradation)和应变软化(strain softing)现象对于混凝土的收缩形变影响最为显著。 

  (4)截面配筋对混凝土收缩徐变的影响 

  已有的很多研究都表明混凝土内部的钢筋含量在很大程度上会影响到混凝土的收缩徐变,也就是说混凝土中的截面配筋会影响到混凝土的形变,这一理论首先得到了长沙交通学院混凝土长期徐变试验的支持,但是就当前的混凝土收缩徐变研究来看很少把混凝土界面配筋作为一个重要的变量来研究,这种忽视的现象在很大程度上就会造成混凝土收缩徐变计算的误差。 

  (5)不同应力状态对混凝土收缩徐变的影响 

  混凝土的应力状态对于混凝土收缩徐变的影响是较为直接的,我们都知道混凝土的抗拉强度是较小的,因此如果外力施加的拉力过大的话就很可能导致出现超过混凝土抗拉强度限制而出现开裂的现象,进而导致混凝土的徐变。但是就当前我国的研究现状来看,对于混凝土抗拉强度和应力状态的研究不是很多,这在很大程度上不利于混凝土收缩徐变的研究,因此,在今后的混凝土收缩徐变研究中我们应该加入对于混凝土抗拉能力和不同应力状态的研究,尽可能的减少混凝土的收缩徐变,提高混凝土施工质量。 

  结语:总的来说,混凝土的收缩徐变是混凝土作为粘弹性体的两种与时间有关的变形性质。混凝土的徐变、收缩与混凝土的组成材料及其配合比,周围环境的温度、湿度、构件截面形式与混凝土养护条件、混凝土的龄期都有关系。 

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