混凝土的变形性能

6.5 混凝土的变形性能

混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载下的变形，分为混凝土的化学收缩、干湿变形及温度变形；荷载作用下的变形，分为短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形——徐变。

一、非荷载作用下的变形

（一）化学收缩（自生体积变形）

在混凝土硬化过程中，由于水泥水化物的固体体积，比反应前物质的总体积小，从而引起混凝土的收缩，称为化学收缩。

特点：不能恢复，收缩值较小，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝而影响承载状态和耐久性。

（二）干湿变形（物理收缩）

干湿变形是指由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。

1.产生原因

混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛细孔中形成负压，随着空气湿度的降低，负压逐渐增大，产生收缩力，导致混凝土收缩。同时，水泥凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶体因失水而产生紧缩。当混凝土在水中硬化时，体积产生轻微膨胀，这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间的距离增大所致。

2.危害性

混凝土的干湿变形量很小，一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土危害较大，干缩能使砼表面产生较大的拉应力而导致开裂，降低混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能。

3.影响因素

（1）水泥的用量、细度及品种

水灰比不变：水泥用量愈多，砼干缩率越大；水泥颗粒愈细，砼干缩率越大。

（2）水灰比的影响

水泥用量不变：水灰比越大，干缩率越大。

（3）施工质量的影响

延长养护时间能推迟干缩变形的发生和发展，但影响甚微；采用湿热法处理养护砼，可有效减小砼的干缩率。

（4）骨料的影响

骨料含量多的混凝土，干缩率较小。

（三）温度变形

温度变形是指混凝土随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的温度变形系数α 为（1～1.5）×10-5/ ℃ ，即温度每升高1℃，每1m胀缩0.01～0.015mm。温度变形对大体积混凝土、纵长的砼结构、大面积砼工程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。可采取的措施为：采用低热水泥，减少水泥用量，掺加缓凝剂，采用人工降温，设温度伸缩缝，以及在结构内配置温度钢筋等，以减少因温度变形而引起的混凝土质量问题。

二、荷载作用下的变形

（一）混凝土在短期作用下的变形

混凝土是一种由水泥石、砂、石、游离水、气泡等组成的不匀质的多组分三相复合材料，为弹塑性体。受力时既产生弹性变形，又产生塑性变形，其应力应变关系呈曲线，如图。卸荷后能恢复的应变ε弹是由混凝土的弹性应变引起的，称为弹性应变；剩余的不能恢复的应变ε塑，则是由混凝土的塑性应变引起的，称为塑性应变。

混凝土的弹性模量：在应力－应变曲线上任一点的应力σ与其应变ε的比值，称为混凝土在该应力下的变形模量。影响混凝土弹性模量的主要因素有混凝土的强度、骨料的含量及其弹性模量以及养护条件等。

图6.5.1 混凝土在压力作用下的应力－应变曲线

（二）砼在长期荷载作用下的变形——徐变（Creep）

混凝土在持续荷载作用下，除产生瞬间的弹性变形和塑性变形外，还会产生随时间增长的变形，称为徐变。如图6.5.2。

图6.5.2 徐变变形与徐变恢复

1.徐变特点：

在加荷瞬间产生瞬时变形，随着时间的延长，又产生徐变变形。荷载初期，徐变变形增长较快，以后逐渐变慢并温度下来。卸荷后，一部分变形瞬时恢复，其值小于在加荷瞬间产生的瞬时变形。在卸荷后的一段时间内变形还会继续恢复，称为徐变恢复。最后残存的不能恢复的变形，称为残余变形。

2.徐变对结构物的影响

有利影响：可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力重新分配，从而使混凝土构件中局部应力得到缓和。对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。

不利影响：使钢筋的预加应力受到损失（预应力减小），使构件强度减小。

3.影响徐变因素

混凝土的徐变是由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体产生粘性流动，向毛细孔内迁移所致。影响混凝土徐变的因素有水灰比、水泥用量、骨料种类、应力等。砼内毛细孔数量越多，徐变越大；加荷龄期越长，徐变越小；水泥用量和水灰比越小，徐变越小；所用骨料弹性模量越大，徐变越小；所受应力越大，徐变越大。