[科普中國]-混凝土徐變收縮

混凝土收縮是指在混凝土凝結(jié)初期或硬化過程中出現(xiàn)的體積縮小現(xiàn)象。一般分為塑性收縮(又稱沉縮),化學(xué)收縮(又稱自身收縮),干燥收縮及碳化收縮,較大的收縮會引起混凝土開裂。混凝土徐變(creep of concrete)：混凝土在荷載的長期作用下所產(chǎn)生的變形。

概念混凝土體內(nèi)所含水分的變化、化學(xué)反應(yīng)以及溫度降低等物理化學(xué)因素引起其本身體積縮小的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為混凝土的收縮。它是不依賴于荷載，而與時(shí)間有關(guān)的一種變形。

當(dāng)混凝土處于自由狀態(tài)時(shí)，混凝土的收縮不會導(dǎo)致什么不良后果，但實(shí)際上混凝土結(jié)構(gòu)由于基礎(chǔ)、鋼筋或相鄰部分的牽制而處于不同程度的約束狀態(tài)?；炷恋氖湛s因受到約束會引起拉應(yīng)力，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度不高，因而收縮容易引起混凝土開裂。對于承重混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫可能會影響承載能力、建筑物安全以及使用壽命?；炷恋氖湛s往往持續(xù)很長時(shí)間，甚至在28年以后還在繼續(xù)收縮。長期收縮中有一部分是由于碳化，收縮的速度則隨時(shí)間而急劇降低。若以20年的總收縮值為標(biāo)準(zhǔn)，則在2個(gè)星期內(nèi)完成20%～30%，在3個(gè)月內(nèi)完成50%～60%，在1年內(nèi)完成75%～85%。

混凝土的收縮主要有五種：塑性收縮(plastic shrinkage)、溫度收縮(temperature shrinkage)、碳化收縮(carbonation shrinkage)、自生收縮(autogenous shrinkage)和干燥收縮(drying shrinkage)。引起各種收縮的原因和機(jī)理可以解釋為：

(1)塑性收縮(凝縮)是由于混凝土終凝前水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)的體積減縮現(xiàn)象。塑性收縮都發(fā)生在t昆凝土拌和后約3～12h以內(nèi)，因?yàn)榘l(fā)生時(shí)混凝土仍處在塑性狀態(tài)，因此把這種凝縮叫塑性收縮。凝縮的大小約為水泥絕對體積的1%，隨混凝土用水量、水灰比增大而增大。

(2)溫度收縮是混凝土由于溫度下降(在0℃以上)而發(fā)生的收縮變形，又叫冷縮。對于大體積混凝土，裂縫主要是由溫度變化引起的。

(3)碳化收縮是混凝土中水泥水化物與空氣中的C02(在有水分的條件下，真正的媒介是H2C03)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。碳化收縮的主要原因在于水泥水化物中的Ca(OH)2結(jié)晶體碳化成為CaCO3沉淀。碳化收縮的速度取決于混凝土的含水率、環(huán)境相對濕度和構(gòu)件的尺寸，當(dāng)空氣中相對濕度為100%或小至25%時(shí)，碳化收縮停止。碳化收縮相對發(fā)展得較晚，而且一般只局限于混凝土表面。

(4)干燥收縮是混凝土干燥時(shí)的體積改變，是由于混凝土中水分在新生成的水泥石骨架中的分布變化、移動(dòng)及蒸發(fā)引起的。結(jié)構(gòu)收縮計(jì)算主要是針對干燥收縮。國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)對混凝土的干燥收縮機(jī)理進(jìn)行了分析，認(rèn)為干燥收縮是由于混凝土內(nèi)部毛細(xì)水分的擴(kuò)散消失所致。

(5)自生收縮是指混凝土在密封(與外界無水分交換)條件下，因水泥水化反應(yīng)而產(chǎn)生的自身體積變形。干燥收縮則是混凝土暴露在空氣中時(shí)因?yàn)榭障端⑹Ф鸬捏w積變形。我們一般所說的收縮是兩者之和，即全收縮。根據(jù)H．E．Davis等的研究，普通混凝土的極限自收縮應(yīng)變最大僅為100×10～，因此從實(shí)用角度出發(fā)可忽視其影響(只有在大體積混凝土中考慮)，而只需考慮干燥收縮的作用。然而高強(qiáng)混凝土因?yàn)樗冶刃?、水泥用量大，表現(xiàn)出的自收縮更早、更快、更明顯。有關(guān)文獻(xiàn)中證實(shí)高強(qiáng)混凝土的干燥收縮遠(yuǎn)小于自生收縮(大約為3：7)，而高強(qiáng)混凝土的自收縮在初始階段急劇增加，爾后隨時(shí)間慢慢增大，90%以上的自生收縮都發(fā)生在前28d，故其影響不可無視。因此對于干燥條件下的高強(qiáng)混凝土必須同時(shí)考慮自生收縮和干燥收縮。1

影響因素綜合國內(nèi)外混凝土收縮徐變的研究報(bào)告,混凝土收縮徐變的主要影響因素有:

(1)相對空氣濕度。氣候越干燥,混凝土收縮和徐變的效應(yīng)越明顯。

(2)混凝土的齡期?；炷猎诤奢d開始時(shí)的齡期對徐變的影響非常之大,隨著加載齡期有限的增大,徐變變形將有顯著的降低。

(3)構(gòu)件厚度的影響、尺寸效應(yīng)。隨著構(gòu)件尺寸的增大,混凝土收縮徐變的效應(yīng)將有所降低"混凝土收縮和徐變均是構(gòu)件體積與表面積之比的函數(shù),并隨著比值的增大而降低。

(4)水灰比。一般而言,徐變隨水灰比的降低而減小。

(5)環(huán)境溫度。周圍空氣的環(huán)境溫度會影響混凝土的干燥,從而影響混凝土的收縮和徐變。

(6)混凝土集料和強(qiáng)度等級。集料的彈性模量越高,徐變率越低,徐變值越小。

對結(jié)構(gòu)的影響：混凝土收縮徐變除了導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失外,還影響梁部結(jié)構(gòu)和線形。采用掛籃懸澆施工的預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋和連續(xù)梁橋在結(jié)構(gòu)合龍、體系轉(zhuǎn)換時(shí),徐變是主要的考慮因素之一。

就橋梁工程而言,混凝土收縮徐變的影響主要有:

（1）由于梁部混凝土受壓區(qū)的混凝土收縮和徐變,引起梁體撓度增大;

（2）余變會增大偏心受壓柱的彎曲,增大初偏心，從而降低承載能力;

（3）導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失;

（4）對組合截面的構(gòu)件(含不同材料組合截面,如鋼筋混凝土組合截面,或不同齡期混凝土組合截面等),徐變會使截面二的應(yīng)力重

（5）對超靜定結(jié)構(gòu)，混凝土徐變會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布,即引起結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力:

（6）在混凝土局部受力處,徐變可降低應(yīng)力峰值;

（7）由于收縮內(nèi)應(yīng)力,容易引起構(gòu)件外表面裂縫等。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黃倫先 - 副教授 - 西南大學(xué)