(29-30)混凝土变形性能

碳化收缩很可能最大，与干燥收缩叠加后，可能引起 严重的收缩裂缝。
混凝土的徐变
徐变与收缩的关系
人们普遍认为：徐变与收缩是相互联系的现象，因为两者间 有很多相似之处。 二者应变-时间曲线非常相似； 影响徐变的实验参数在很多方面与影响收缩的参数一样； 应变的数量级是相同的； 两者都包含着很大的不可逆性。
影响干燥收缩的参数
硬化混凝土的干燥收缩现象比其他各种现象重要得多。在混 凝土设计和施工中，如果没有充分估计干燥收缩的影响，则在收 缩过程中由于存在的约束，可能导致结构构件的开裂或弯曲。 水泥浆体对失水的响应由于集料的存在以及混凝土构件的形 状而有所变化，因此，为了确切了解不同试验参数对混凝土干燥 收缩的影响，研究硬化水泥浆体本身是必要的。

埋入应变计法
优点： 可以很好地解决密封的问题 可获得较高的精度 缺点： 因为，高性能混凝土早期自收缩时，尚无足够的 强度，不能完全保证应变计与混凝土同步变形，往往 测得值偏小，因此无法准确测定早期自收缩。 应用结论： 该法不适用于高性能混凝土 用光纤传感器进行早期应变测量也属于此种情况。

非接触感应式混凝土早期自收缩测量法
非接触感应式测量法，可同时使用两个传感器对多个试件 的测量。
方法特点：
装臵组成：
密封试模、位移传感系统、温度测定仪、滑动轨道等。
测试方法：
试件尺寸为100mm×100mm× 400mm，混 凝土浇注到试模内立即封闭，带模测量收缩，若 测量组数多、龄期长，对1d后收缩也可拆模后， 将所有试件密封，并放在恒温室中养护，测量时 拿出放在仪器台座特定位臵进行测量。 试模短向板留有安装测头的孔，试验前将微 位移传感器与测头间距调整在1mm左右，试验 过程中不再调整，传感器输出为电压值-直接反 应传感器端头与测头间距。
温度变化
…… 塑性收缩 干燥收缩
收缩按作用机理分
自收缩
碳化收缩
温变收缩
高性能混凝土的体积变形特点

自收缩大-主要发生在早期； 温度收缩大-出现时间提前； 干燥收缩相对较小-但其实测值（包括部分自 收缩值）并不一定小，即其自收缩与温度收缩 较大。 高性能混凝土早期收缩大、早期弹性模量增 长快、抗拉强度并无显著提高、比徐变变小等 因素—导致高性能混凝土（特别是高强混凝土） 的早期抗裂性差
早期收缩率和最终收缩率之间成反比关系
不论徐变还是微裂缝均起着降低收缩的作用。而且 潮湿核心将承受压应力及在其作用下产生徐变，也会 影响后期干燥收缩。
自收缩
如果在养护期间除了拌合时所加的水之外没有 补充水分，即使没有水分向四周散失，混凝土也 将开始内部干燥，因为水分被水化所消耗。然而， 体积收缩只有在低w/c（﹤0.3）的混凝土中出现， 而且由于掺入活性火山灰（如硅灰）而增大。该 现象称为自干燥并以自收缩（也称为化学收缩） 的形式出现。 自收缩是干燥收缩的特殊情况（有相同的数量 级），因为水是由物理或化学过程排除是无关紧 要的。只有当混凝土被密封或在密实的混凝土中 （如低w/c和加有硅灰）才会发生自收缩（如 图）。在后一种情况下，即使养护过程中补充了 水，自收缩也许稍大些，因为外部的水不易渗透 到混凝土中。 另外，自干燥产生的所有结果常被形成的钙矾 石或游离MgO水化引起的膨胀所掩盖。
剪应力作用下 C-S-H相邻颗粒间的滑移
颗粒间吸引力 形式
水膜层 厚度
影响徐变的因素

施加的应力
对于全部应力值，徐变-应力关系 呈非线性； 在一般应用的应力范围内，徐变应力关系近似线性

水灰比
水灰比越大，水泥石含量及毛细 孔数量越多，徐变越大。
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养护条件
养护温度提高，基本徐变和干缩徐 变都减小。


电容式测微仪法
方法特点： 非接触式位移测量装臵，试件尺寸40mm×40mm× 1000mm，左侧 端模与侧模、底模间留有缝隙，可使试件自由收缩，试模内侧衬以铝箔， 并待试件成型后覆盖表面。 测试方法： 试模右端固定，左端为自由端。测微仪的侧头臵于左端模的外侧， 测头与左端模形成电容器，混凝土试件的变形直接表现为电容器两极间 距的变化，此变化通过电容器的输出电压来反映，即测量传感器的输出 电压可以方便地得到测头与被测对象的间距。混凝土试件成型结束，变 形测量即可开始，能够测到早期混凝土的变形。 设备特点： 工作时无磨损，免维修， 稳定性和精度高（测量精度可 达10-6 ），传感器对试件无作 用力，与被测体导电性无关。
影响收缩的因素

集料
混凝土由于受集料的约束，其干燥收缩比净浆小。（一般集料 在湿度条件改变时尺寸都很稳定）
集料对混凝土收缩的抑制取决于：
集料的数量 集料的刚性 粗集料的最大尺寸

试件几何形状
由于其决定试件失水速率，因此也将决定干燥收缩的速率和数 量。 T型截面梁比正方型截面梁干燥的快，但其最终收缩量稍小。 构件原始截面越小，最初的收缩速率越快，但后期收缩值越低。 同样，随表面积缩小，从早期收缩速率较低可推测最终收缩量大。
碳化收缩
已硬化的水泥浆体与二氧化碳发生化学反应。空 气中所含CO2的数量（约0.04%）只有在一段很长的时 间内才足以与水泥浆体起显著反应，然而，此反应伴 有不可逆收缩，故称为碳化收缩。 水泥浆体能与二氧化碳起反应的程度和由此产生 的碳化收缩是相对湿度的函数——在50%RH左右时最 大。


在高湿度下，由于孔隙大部分被水充满， CO2不能很好地渗透到 降体中，所以碳化很少； 在很低湿度下，由于没有水膜，故碳化速度较低； 若干燥以后发生碳化，则碳化收缩最大
干燥收缩
收缩这一术语通常是针对硬化混凝土的。 其代表由于已硬化材料的失水所产生的应变。


因混凝土在水化过程中会由于自干燥而发生的自收缩 是干燥收缩的特殊情况。 已水化的水泥与大气中的二氧化碳反应而引起的碳化 收缩也可以作为干燥收缩的特殊情况。
收缩是浆体的特性，在混凝土中集料对浆 体中发生的体积变化有抑制作用。
在估计由于湿度和热量变化的应力所导致开裂的潜在可能性 时，拉伸应变很重要。 由于拉伸徐变减小了拉应力，故在蓄水结构和薄壳屋顶中能 使开裂程度减至最小，在这些地方不渗透性很重要。

动徐变
动荷载作用下也会发生徐变，通常发现动徐变比相同最大应 力下的静徐变更大。

横向徐变
在单轴压缩应力作用下也发生一些横向徐变。徐变的泊桑比 则与瞬时加载下的泊桑比相似。
高性能混凝土自收缩产生的机理和收缩模型，目前 都停留在推测和预测阶段，尚没有深入的理论分析与经 过大量的试验研究来证实
高性能混凝土自收缩的测定方法
测定要求：

精确的测量方法 从混凝土初凝即开始测定 保证被测体系（试件）与外界无水分交换 目前的研究方法不同，得出的结论也不完全同。主 要原因是自收缩测定的初始点不同，测试试件（水泥 净浆件、砂浆件、混凝土件）也不同-测值差异很大。 目前，各国尚无统一测量标准，只是研究者根据不 同的研究内容进行测定选择。
水泥浆体的行为
水泥浆体及混凝土干 燥收缩的一个重要方面是， 总收缩的一部分事实上是 不可逆的，该部分发生在 第一次收缩时（如图）。 因此，再潮湿后发生的体 积膨胀和后期干燥时发生 的体积收缩较小。




失水是干燥收缩的基本原因，右上图是水泥浆典 型的收缩-失重曲线，该图中有五个区： 区域①-归因于大毛细孔（宏观孔）失水； 区域②-从细观孔和微观孔失水（即从细的毛细孔和 C-S-H固有的孔隙中失水），孔系统中所保持的水全 部被排除； 区域③和区域④ -吸附于固体表面的水被排除，在区 域④ C-S-H层间水也被排除。所有这些水（可蒸发水） 都可以在室温下或在105℃时更快地被排除； 区域⑤-超过上区域温度， C-S-H的分解造成了补充 收缩。 收缩与相对湿度密切相关（右下图）。因为，大 多数工程中的混凝土不会长期暴露于很低的相对湿度 下，因此，只需关注高湿度范围内的性能。区域④和 区域⑤内的收缩只发生在暴露于火中的混凝土中。
有研究表明： 混凝土的自收缩随粉煤灰掺量的增加而减小。
掺粉煤灰混凝土的自收缩结果
粉煤灰掺量（%） 28d自收缩值（×10-6） 1d自收缩值（×10-6） 1d对28d自收缩值比率（%）
0 273 211 77
10 220 140 64
20 163 71 44
30 151 44 29
（水胶比0.29， 胶凝材料用量550kg/m3）
徐变的作用
有利作用：


可消除混凝土钢筋混凝土中的应力集中程度使应力重 新分布，从而使混凝土结构中局部应力集中得到缓解； 对大体积混凝土工程，可降低或消除一部分由于温度 变形所产生的破坏应力。
不利作用：

在预应力混凝土中，将会使钢筋预应力值受到损失。
高性能混凝土的体积稳定性
所含水分变化 混凝土的收缩 化学反应 体积缩小
温度
如在荷载作用期间，混凝土保持在较 高的温度下，则其徐变量会增加到超过保 持在室温下混凝土的徐变。

湿度
自由水的存在是发生徐变的必然条件。 徐变是混凝土中可蒸发水量的函数，当不 存在可蒸发水时，徐变为零。

水泥用量与成分 化学外加剂 集料 试件几何形状
在不同应力状态下的徐变

拉伸徐变
故除低湿度外，应尽量使碳化发生在干燥期间而 不是干燥后。
碳化对混凝土的作用：

取其不可逆本质这一优点用于预制混凝土；
如：将混凝土砌块暴露于含大量CO2的空气中，则砌块在以 后的干湿循环中尺寸稳定得多。

碳化有损于现浇混凝土；
因为其孔隙比砌块少得多，碳化仅发生于靠近外表出，恰好 这里干燥速率最大。

高性能混凝土的自收缩
体系与外界没有水分交换的情况下，由 混凝土内部自干燥作用所引起的宏观体积 收缩，其从混凝土初凝后就开始产生。 混凝土初凝后的水化收缩，使其内部无 水孔隙增加，在无外界供应水的条件下， 混凝土内部会产生自干燥现象，由此引起 体系宏观体积收缩—自收缩。
高性能混凝土的自收缩的特点：
混凝土变形性能

收缩 徐变 高性能混凝土的体积稳定性及其测试方法
塑性收缩
在新拌混凝土中，颗粒间的空间完全充满 着水。当由于受外界影响水从浆体中移动，例 如：像表面蒸发会形成复杂的凹液面，转而产 生毛细管负压力，引起浆体体积的收缩。毛细 管压力在浆体内继续升高，直至达到“突破” 压力，在该点水不再均匀分布于整个浆体，其 重新排列形成一些带有空隙的不连续水区。 塑性收缩的最大速率刚好发生在“突破” 压力前，随后发生少量收缩。
水灰比与混凝土的自收缩结果的关系
水灰比 自收缩占总收缩的比率（%） （宫泽伸君等实验结果）
0.4 40
0.3 50
0.17 100
高性能混凝土收缩的特征

碳化收缩
值小（因为结构致密，可在干缩测量时一并考虑）；

塑性收缩
可采用早期保温和调整配合比等方法控制；

自收缩
成为影响高性能混凝土产生裂缝的主要因素： 早期产生较大的自收缩，弹性模量增长迅速，受约束的高性能 混凝土构件易产生较大的拉应力，导致裂缝出现。

同收缩一样，徐变是浆体的特性，混凝土中集料起 着抑制徐变的作用。
徐变的概念
徐变过程常用徐变系数C描述: ε cr –荷载作用下的徐变应变 C cr ε e –荷载作用下的瞬时应变 e
徐变产生的原因
水泥石中凝胶粘性流动向毛细孔移动 的结果，以及凝胶体内吸附水在荷载作用 下向毛细孔迁移的结果。
集料对塑性收缩的影响（见图）


理论上说，塑性收缩使浆体密实， 因而是有利的； 但实际上塑性收缩的影响在块体中 并非处处都是均匀的，在所诱发的 拉应力作用下，体积变化的差异会 引起开裂。
塑性收缩开裂（见图）在路面和平板的 水平面最普遍，水在这些面上有可能快速 蒸发，裂缝出现将破坏表面完整性，降低 耐久性。 开裂情况由于高风速、低相对湿度、高 气温和高的混凝土温度等的组合作用所加 剧。这些情况在夏季最为普遍，但在任何 时候都可能发生。 假如表面脱水速率超过0.5kg/m2.h， 失水可以超过泌出水到达混凝土表面的速 率，并造成毛细管负压，从而引起塑性收 缩。 掺有能够减少泌水速率的外加剂的混 凝土对塑性收缩特别敏感。

千分表法
千分表： 测量小变形最常用的设备，价格低， 使用方便-广泛用于收缩和膨胀的测量。 模具： 塑料模具（清华大学）、钢模（哈尔滨 工业大学） 测试方法： 试件（100mm×100mm×324mm）两 端固定千分表测量混凝土自收缩，测量过 程中避免试模或千分表架受到振动，且对 每个试件配两个千分表，测试过程中不能 更换。 数据处理特点： 不能实现自动控制和自动数据采集处 理，采用人工读数，读数值不连续。