混凝土的体积稳定性

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混凝土在硬化过程和干湿、冷热作用下的变形
3.4.3 温度收缩与热膨胀 3.4.4 干燥收缩与徐变 3.4.5 自生收缩 3.4.6 碳化收缩
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1.塑性沉降裂缝
2.塑性收缩裂缝
3.早期热缩裂缝
4.干缩裂缝 5.发丝裂纹
内外 约束
6.钢锈裂缝
7.冻融侵蚀 8.冲击
外部 约束
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自生收缩的机理
水化反应进行过程中，一部分拌合水由 化学反应消耗，一部分填充凝胶孔。当水灰 比较大时，凝胶孔基本上充满水，自身收缩 很小；水灰比较小时，凝胶孔形成弯月面， 产生自干燥作用，外界压力使水泥浆体收缩。
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孔隙
凝胶
凝胶孔 精选ppt 毛细孔
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缩干
缩
与
弯
自
月 面
• 1. 荷载作用下 产生弹性与非弹性变形 • 2. 非荷载作用下 产生收缩与膨胀变形 • 3. 复合作用下 产生徐变
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混凝土在荷载 作用下的变形
P 泊松比=0.5 体积不变 纯流体
混凝土的泊松比=？
0.2
P
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什么材料的 泊松比≈0.5?
软橡胶 10
3.4.2 弹性行为
混凝土的弹性模量高，即刚度大，意 味着在一定荷载作用下的变形小。
骨料用量多、水灰比低时，干缩小；
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影响蒸发速率的因素
1）气温； 2）混凝土体温； 3）相对湿度； 4）风速； 5）太阳辐射热；
以上任意两个因素的组合都属于热天 混凝土浇注( Hot Weather Concreting )。
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表蒸 发 速 率 图
气温
混凝土温度
用美 手国 册混
热收缩与开裂
Thermal Shrinkage and Cracking
混凝土硬化期间由于水化放热产 生温升，到达温峰后降温时产生的收 缩变形，以及因变形受约束形成拉应 力超过抗拉强度出现开裂的现象。
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热裂缝的控制
自20世纪初起，为了减小水化放热产生的 影响，开始采用掺火山灰的办法，30年代又 开发出低热水泥。利用加大粗骨料粒径、非 常低的水泥用量、预冷拌合物原材料、限制 浇注层高和管道冷却等措施，进一步获得了 降低水化温峰、抑制热裂缝的效果。
3. 3. Concrete: Structures,Properties and
Materials.
P. K. Mehta
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干燥收缩 Dry Shrinkage
（硬化）混凝土与周围环境存在湿 度梯度，引起水分蒸发产生体积收缩的 现象。
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干燥环境
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混凝土表面
凝 土 学 会 实
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干燥收缩 Dry Shrinkage
由于外加剂，尤其是高效减水剂和矿物 掺合料的应用，混凝土的水胶比可以明显降 低，泌水减少，干缩也明显减小。但与此同 时，带来塑性开裂加剧、自生收缩增大等新 问题。
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自生收缩
自生收缩，是指混凝土体内由于水泥和水 发生水化反应，产物的固相体积增大，而与反 应前水泥与水的体积之和相比则减小。这种收 缩现象的发生与周围介质不相干，没有失重也 不增重，因此称之为自生收缩。这种收缩由化 学反应引起，也称其为化学收缩。
孔凝
生
胶
收
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自缩与干缩的异同点
相同点：均由于水的迁移所引起；
不同点：1.自缩不失重； 2. 自身收缩各向同性地发生，干缩由表 及里地发生； 3.水灰比降低时，干缩减小，自缩增大； 4.覆盖后（或拆模前）不发生干缩，而 自缩必须通过湿养护处理。
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强度wenku.baidu.com
放热
体积减小
水泥浆水化“永精选p恒pt 的三角形” 34
混凝土的弹性模量与孔隙率关系密切， 因此影响强度的各种因素，也同样影响它 的弹性模量。
混凝土的弹性模量在很大程度上取决 于占其主要体积组分的骨料的弹性模量。
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混凝土的弹性模量
1）不是常数。受许多因素影响，如骨料 品种、用量和混凝土干湿状态等；
2）随时间（混凝土的龄期）会不断增长；
3）弹性模量高时，虽然同样荷载作用下的 变形小；但混凝土的变形受约束时，产生 的应力则越大。
泌水速率 精<选p蒸pt 发速率
开裂 22
干燥收缩 Dry Shrinkage
1. 路面板、桥面板、机场道面、停车场等暴露 面积大且厚度较小的结构物干缩最为显著；
2. 2. 影响蒸发量的环境因素，包括气温、混凝 土温度、相对湿度、风速和太阳辐射热，均 影响干缩；
3. 3. 混凝土凝固缓慢干缩大，但产生应力小；
2. 影响混凝土的干缩与徐变主要有哪些因素？
3. 何谓自身收缩？它怎样随混凝土的水灰比减 小而变化？为什么？
4. 强度高的混凝土为什么更容易开裂？
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参考书
1. The Science and Technology of Civil Engineering Materials.
2. 2. Materials Science for Civil and Highway Engineer.
抗拉强度 抗拉强度越高，拉应力使
材料开裂的危险越小。
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收缩应变受约束时 产生的弹性拉应力
无松弛作用时出现开裂
混凝土的 应 抗拉强度 力
应力松弛
松弛后的实际应力
开裂延迟
时间 精选ppt
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工程实例：
1 洞庭湖大桥； 2 2 西安脉冲
堆；
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思考题
1. 混凝土的粘弹性与其在荷载和环境作用下的 开裂现象有什么关系？
9.力学损伤
钢筋 上方
随机
镘平
剪切
成拱
对角
钢筋 上方
厚度 变化
弯折 自然
轮载作用
落物
冻融
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氯离子
沉陷 疲劳
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3.4.7 延伸性与开裂 Extensibility and Cracking
延伸性的含义：
弹性模量 弹模越小，产生一定量收缩 引起的弹性拉应力越小；
徐变 徐变越大，应力松弛越显著， 残余拉应力就越小；
§3.4 混凝土的体积稳定性
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断开 裂 的 2诊
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洞庭湖大桥
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本西 体安
脉 冲 堆 堆
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80%以上的开裂都是由于混 凝土变形所引起，只有很小一部 分是由于承载力不足导致。
——裂缝治理专家 王铁孟
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3.4.1 变形的类型
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热收缩与开裂
近几十年来，基础、桥梁、隧道衬 砌以及其他构件尺寸并不很大的结构混 凝土开裂的现象增多，同时发现干燥收 缩通常在这里并不重要了。水化热以及 温度变化已经成为引起素混凝土与钢筋 混凝土约束应力和开裂的主导原因。