混凝土徐变的影响因素分析

式，如胶凝体老化，胶凝体内自由水分外泄，内部颗料移动等。

目前学术界认为混凝土内部的微裂缝扩展对徐变，特别在高应力下的徐变有很大的作用，徐变的原因有两种：一是混凝土硬结后，骨料之间的水泥浆中有部分尚未转化为结晶体的水泥胶体向水泥结晶体应力重分面导致徐变。二是混凝土内部微裂缝在荷载长期作用下不断发展、增加，导致徐变，另外混凝土内部水分的挥发也产生收缩徐变［１］。

影响混凝土徐变的因素很多，下面分为混凝土组成成分的内部因素和应力、加载龄期及持荷时间等外部因素来作一简单介绍。

２．影响混凝土徐变的内部因素影响混凝土徐变的内部因素主要有混凝土所用的水泥、骨料、水灰比、灰浆率、外加剂和其他掺料等。２．１水泥水泥品种对混凝土徐变的影响是就加载时对混凝土强度有影响这一点来说的。一般来说，在早龄期加荷的情况

下，徐变以快硬、普通和低热水泥的

次序增加；而如果加荷时混凝土的应

力与抗压强度之比相同的话，此后混

凝土强度相对增长越大，则徐变越

小，所以此时徐变增加的顺序是低

热、普通和快硬水泥。另外，水泥细

度对混凝土的徐变也有所影响：水泥

的细度越细，水泥浆就会发生反常的

缓凝现象，从而使早龄期加载的混凝

土徐变越大，但到了１年以后，水泥

细度较细的混凝土徐变反而比水泥细度

混凝土徐变的影响因素分析

夏建交１ 谭东山２

１、湖南核工业地质局三零六大队 ４２１００８２、湖南娄底路桥建设责任有限公司 ４１７０００

混凝土是一种人造复合材料，此特点决定了混凝土比其它单一性结构材料的力学性能更为复杂。混凝土在应力作用下产生变形，除了在初始时刻的即时应变外，还有在应力持续作用下不断增大的应变。这种与时间有关的应变称为徐变。在应力不变的条件下，混凝土的徐变随时间增大，增长速率减小，徐变增长可延续几十年，但大部分在１－２年内出现，前２－６个月发展最快。

１．混凝土的徐变机理

对混凝土徐变的机理多年来一直没有统一的解释，各种观点都只能解释一部分徐变现象。有关这方面的研究有两个方面：一是在构件层次上，试图在测量混凝土试件的徐变和收缩的基础上描述变形机理，以解释宏观试验现象。二是在材料层次上，直接从微观上研究在固体表面的游离沙丘物理性质和硬化水泥浆中凝胶体的微结构。

上世纪４０年代国外专家提出“渗透理论”和“胶凝体屈服理论”，前者认为徐变是混凝土内部水分向外渗透引起，后者认为徐变包含各种屈服形

较粗的混凝土徐变小，这是因为较细度水泥的后天强度高速增长，使实际的应力比下降［２，３］。

２．２骨料

混凝土中的骨料在荷载作用下，产生的徐变很小，一般只有（３～５）×１０－６／Ｍｐａ。所以一般认为，混凝土的徐变主要是由于水泥浆体的徐变引起的，骨料主要起限制徐变的作用。骨料对徐变的约束程度取决于骨料的硬度和含量。

Ｎｅｖｉｌｌｅ　Ａ．Ｍ．通过试验得出混凝土徐变的关系式：

　（１）

为了应用方便，该式可以转化为

另一种形式：

（２）其中，Ｃ是混凝土的徐变度（１０－

６／ＭＰａ），ＣＰ是混凝土中水泥浆的徐变

度（１０－６／ＭＰａ），ｇ是骨料的体积含量（％），ｕ是未水化水泥体积（％），ａ是系数，用下式计算：　（３）其中，和分别是混凝土和骨料

的泊松比，Ｅ和Ｅａ分别是混凝土和骨料

的弹性模量。由式（２）和（３）可

以看出，骨料的弹性模量越大、骨料

含量越高，混凝土的徐变就越小［２］。

Ｔｒｏｘｅｌｌ　Ｇ．Ｅ．和Ｒｕｓｃｈ　Ｈ．等人通

过试验发现混凝土徐变按所用骨料增加

的次序为：石灰岩、石英岩、砾石、

大理石、花岗岩、玄武岩和砂岩。研

究还表明，骨料的弹性模量越大，混

凝土的徐变越小；当骨料的弹性模量大于６０ＧＰａ时，骨料对混凝土徐变的影响就很小了。混凝土徐变随骨料含量的增加而减小。另外，轻骨料混凝土与普通骨料混凝土的徐变差不多［３］。

２．３水灰比

水灰比是影响混凝土徐变的主要因素。当水泥用量不变时，混凝土徐变随水灰比的增大而增加。在常用水灰比０．４～０．６范围内，混凝土徐变与水灰比成线性关系。

２．４灰浆率

灰浆率是单位体积混凝土内水泥浆的含量，它综合反映了水泥用量和用水量的影响。由于混凝土的徐变主要是水泥浆的流动产生的，所以徐变随灰浆率的增加而增大。

２．５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［３］。

３．影响混凝土徐变的外部因素

影响混凝土徐变的外部因素主要有加荷应力、加荷龄期、持荷时间、环境湿度、环境温度和构件尺寸等因素。

３．１加荷应力

前苏联学者格伏慈特夫Ａ．Ａ．通过试验发现，当混凝土应力与极限抗压强度的比值小于０．４０时，徐变与应力成线性关系；当应力比大于０．４时，徐变随应力的增长而急剧增大，表现出明显的非线性关系。另一位前苏联学者卡拉别加Ｋ．Ｃ．也通过试验研究发现，应力比不超过０．５时，混凝土表现出线性徐变。而Ｆｒｏｎｄｅｎｔｈａｌ　Ａ．Ｍ．等人通过试验研究，认为应力比在０．２６以下时，混凝土徐变才表现出线性性质。我国的惠荣炎、易冰若等人通过试验发现，混凝土徐变和非线性徐变的临界应力比为０．３８。目前比较统一的认识是，混凝土应力比不超过０．４～０．５时，认为徐变是线性的。应力比超过０．５

时，将发生非线性徐变。

３．２加荷龄期

美国ＡＣＩ２０９Ｒ－９２规范中按混凝土潮湿养护和蒸汽养护的不同，混凝土徐变系数随加荷龄期的变化如图１所示［４］

。

可以看出，混凝土徐变随加荷龄期的增加而减小。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。

３．３持荷时间

在应力比不超过０．５时，混凝土的徐变随持荷时间增长而增大；徐变速率随持荷时间的增长而降低；徐变最终趋于一极值。图２是特罗克塞尔（Ｔｒｏｘｅｌｌ）、拉斐尔（Ｒａｐｈａｅｌ）和戴维斯（Ｄａｖｉｓ）的长期测试资料，由图可见：２０年徐变的１８～３５％（平均２６％）在２周内完成，４０～７０％（平均５５％）在３个月内完成，６４～８３％（平均７６％）在１年内完成。如果取荷载作用下１年的徐变作为单位１，则后期徐变的平均值如表１所示。ＡＣＩ规范的徐变计算推荐公式中，当加载龄期为１０ｄ时，徐变随持荷时间的

图３　温度对混凝土徐变的影响

表２　徐变变形随持荷时间的完成量

表１　后期徐变平均值与１年徐变平均值的比

图２　各种相对湿度下不同混凝土的徐变－时间曲线范围

图１　ＡＣＩ规范中混凝土徐变

的加荷龄期影响系数