混凝土收缩徐变时间

Ｃａ　ｌ　ＣＵ　ｌ　ａｔ　ｉ　ｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｓｈｒｉ　ｎｋａｇｅ　ａｎｄ　Ｃｒｅｅｐ　

晏育松　Ｙａｎ　Ｙｕｓｏｎｇ　（南昌大学基建处，南昌３３００３１）　（Ｏｆｆｉｃｅ　ｏｆ　Ｃａｐｉ１；ａｌ　Ｃｏｎｓ１；ｒｕｃ１；ｉｏｎ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ１；ｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００３１）　摘要：任意加荷时刻的徐变度计算公式，即通常所说的混凝土徐变理论，为积分表达式，求解比较困难，它的解　决途径大致有三种：１）将本构方程、平衡方程及几何协调方程都化为微分形式，对于简单情况可以得到微分方程的解析解；　２）将本构关系的积分式子近似地用代数式表示，把问题化为带有初应变的线弹性解；３）为了提高精度，采用时间上的逐步　计算法，分段予以逼近．此方法可用于复杂受力的结构。本文介绍了徐变计算理论的发展历史，并通过钢筋混凝土轴压柱算　例比较了不同收缩、徐变计算方法的异同。　关键词：混凝土：收缩：徐变：计算方法　中图分类号：ＴＵ５２８．０１　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７１—４７９２一（２００７）４—０２４６—０３　１　徐变计算的基本理论　徐变计算的基本理论主要分为老化理论、先天理论（又　称为继效理论）和混合理论（又称为弹性徐变理论）【２］。　１．１老化理论　按老化理论，不同加载龄期ｆ的徐变曲线在任意时刻ｔ　（ｔ　ｆ）的徐变增长率都相同，而且随加载龄期的增大，徐变　将愈来愈小，在增大到一定值之后（如２＿５年），混凝土将不　会产生徐变。如已知加载龄期ｆ　的混凝土徐变基本曲线Ｃ　（ｔ。ｆ　），通过坐标系上的垂直平移即可得到任意加载龄期　ｆ的混凝土徐变曲线，即　ｃ（ｔ，ｆ）＝ｃｏ（ｔ，ｆ　ｏ）－ｃ。（ｆ，ｆ　ｏ）　（１）　１．２先天理论　先天理论认为，不同加载龄期ｆ的混凝土徐变增长规律　都是一样的。若已知加载龄期ｒ　的混凝土徐变曲线Ｃ　（ｔ，ｒ　），则任意加载龄期ｆ的混凝土徐变曲线可由水平平行移动　得到　ｃ（ｔ，ｆ）＝ｃｏ（ｔ，ｆ　ｏ）　（２）　根据先天理论，不同加载龄期的徐变终值都是相同的，　它忽略了混凝土的老化影响，突出了其遗传性。　２．３混合理论　老化理论考虑了混凝土老化对徐变变形的影响，而先天　理论强调了徐变变形的遗传性。实际上，混凝土在前期老化　特征十分明显，而后期则主要表现为遗传性，这一点已被试　验所证明【３］。作为一种合理的推论，可以把老化理论与先天　理论相结合，形成一种混合理论。根据混合理论的特点，构　造任意加载时刻ｆ的徐变度Ｃ（ｔ。ｆ）一般有以下两种形式【　］　（１）表达成龄期函数与时间发展函数的乘积　Ｃ（ｔ，ｆ）＝　（ｆ）’ｆ（ｔ，ｆ）　（３）　式中：　（ｆ）——龄期函数；　ｆ（ｔ，ｆ）——时间发展函数。　采用这种表达式的有ＢＳ５４００，ＡＣ１－２０９，ＣＥＢ－ＦＩＰ（９Ｏ）　等。　（２）表达成若干性质互异的函数　ｃ（ｔ。ｆ）－－ｒ（ｆ）＋ｆｄ（ｔ，ｆ）＋ｆｆ（ｔ。ｆ）　（４）　式中：ｆ　（　）——不可恢复的瞬时流动变形；　ｆ　（ｔ，ｆ）——可恢复的滞后弹性变形；　ｆ　（ｔ，ｆ）——不可恢复的流塑性变形。　采用这种形式的有ＣＥＢ－ＦＩＰ模式规范（１９７８版），我国　的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范　（ＴＪＴ０２３－８５）。　２杆件的徐变收缩效应计算方法　收缩、徐变效应的计算方法主要分为微分方程解法、代　数方程解决法和逐步计算方法。微分方程解法，需要引入较　多假定，对于简单情况能得到解析解，代数方程法计算简单，　能与有限元结合进行逐步分析。逐步计算方法是一种精度较　高的、分段的逐步计算，适用于复杂情况。下面以钢筋混凝　土轴压构件的徐变应力计算为例子，分别介绍微分方程解　法、代数方程和逐步计算法。　２．Ｉ微分方程解法——修正的迪辛格尔方法　众所周知，徐变率法是格莱维尔（Ｗ．Ｈ．Ｇｌａｎｖｉｌｌｅ）于　１９３０年创立的，由迪辛格尔（Ｆ．Ｄｉｓｈｉｎｇｅｒ）最早用于混凝　土结构分析的【５］。在迪辛格尔方法中，没有考虑滞后的弹性　变形，故与实际情况有较大出入。鉴于滞后弹性变形发展要　比流变快得多，为此，尼尔逊（Ｎｉｅｌｓｅｎ）建议把徐变变形　￡　分为滞后弹性变形￡　和瞬时流变￡　。并把￡　加到瞬　

2.1.2 单轴向应力状态下的混凝土强度

虽然实际工程中的混凝土构件和结构一般处于复合应力状态，但是单向受力状态下混凝土的强度是复合应力状态下强度的基础和重要参数。

1、混凝土的立方体抗压强度和强度等级

立方体试件的强度比较稳定．所以我国把立方体强度值作为混凝土强度的基本指标，并把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》 (GBJ81 — 85) 规定以边长为 150mm 的立方体为标准试件．标准立方体试件在 (20 ± 3) ℃的温度和相对湿度 90 ％以上的潮湿空气中养护 28d ，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，用符号fcu 表示．单位为 N／mm2 。

强度影响因素：

1. 水灰比：fcu 随着 水灰比的增加而降低。

2. 温度：fcu 随着温度的增加而增加。 规定 (20 ± 3) ℃

3. 湿度：fcu 随着湿度的增加而增加。 规定相对湿度 90 ％以上

4. 试验方法：不涂润滑剂比涂润滑剂测得的抗压强度高。

5. 加载速度：加载速度越快，测得的强度越高 ; 通常规定：混凝土强度等级低于 C30

时，取每秒钟 0.3 ～ 0.5N ／mm2 ；强度等级高于或等于 C30 时，取每秒钟 (0.5 ～

0.8) N／mm2 。

6. 试件尺寸。

混凝土立方体强度还与成型后的龄期有关，抗压强度随成型后混凝土的龄期逐渐增长，增长速度开始较快，后来逐渐缓慢。如右图所示。

《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有 C15--C80 ，共 14 个等级，级差为 5N/mm2 。字母 C 后面的数字表示以 5N/mm2 为单位的立方体抗压强度标准值，用符号fcu,k 表示。例如， C30

表示立方体抗压强度标准值为 30N／mm2 。 C50 ～ C80 属高强度混凝土范畴。

<> 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于 C15 ；

第３４卷第１９期　・１８・　２　０　０　８年７月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＥ　Ｖ０１．３４　Ｎｏ．１９　Ｊｕ１．２００８　

文章编号：１００９．６８２５（２００８）１９—００１８—０３　

基于短期试验预测混凝土长期收缩徐变　

胡于明　祁德庆　

摘　要：介绍了常用混凝土收缩徐变预测模型，对预测混凝土长期性能的方法进行了探讨，指出利用混凝土短期收缩徐　变试验数据进行回归拟合或对现有预测模型进行修正，可以达到准确而经济地预测混凝土长期性能的目的。　关键词：混凝土，徐变，模型，荷载　

中图分类号：ＴＵ５２８　文献标识码：Ａ　

从２０世纪初至今的１００年间，研究人员对混凝土收缩和徐　

变开展了众多的研究，并建立了各种收缩徐变预测模型。随着钢　筋混凝土结构尤其是预应力混凝土结构的普遍应用，有关研究成　

果表明…１，混凝土的收缩和徐变对钢筋混凝土结构尤其是预应力　

混凝土结构的长期性能有较大的影响。不准确的混凝土结构长　

期性能预测可能导致结构过大的变形甚至开裂，以致影响结构的　

使用寿命。　现阶段，针对实际工程所开展的混凝土长期性能试验研究不　

乏少数，但考虑到实际工程的设计施工周期，针对正处于设计和　

施工阶段的实际工程，开展为期一年甚至数年的长期性能试验研　

究既不现实也不经济。由于实际工程所用混凝土组成的差异性　

以及外部环境因素等的影响，常用的收缩徐变预测模型的误差较　大，若在有限元分析或理论研究中所采用的混凝土收缩徐变预测　

少了混凝土的表面析水和骨料下沉离析，使得混凝土内部孑Ｌ隙减　

少、减小，有害孑Ｌ数量减少，孔连通性能降低，混凝土抗渗性能由　

此得以大大提高。　

表３粉煤灰路面高强混凝土渗水高度试验结果　

试件　平均渗水　代号　测点　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　高度／ｃｍ　

试件１　３．Ｏ　３．８　４．０　３．６　３．２　２．２　１．６　１．４　１．２　Ｏ．５　２．４５　试件２　１．２　１．２　１．８　２　１　１．６　１．８　２　３　２．１　２．５　３　Ｏ　１　９６　试件３　渗　水　Ｏ．６　０．５　１．０　１　３　２．Ｏ　１．５　１．３　２．７　２．９　２　５　１　６３　试件４　高　Ｏ．３　１．７　１．５　２．７　３．２　２．２　２．４　２．８　３．５　４．０　２．４３　试件５　度　④　０．９　１　０　１．Ｏ　０　９　１．８　１．５　１　４　１．５　１　Ｏ　１　４　１．２４　试件６　１．１　１　９　２．３　１　５　２．７　２．５　１．１　１．２　０．９　２　４　１　７６　试件平均　渗水高度　１．９１　

1 第三节 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。非荷载作用下变形又包括：化学收缩、塑性收缩、干湿变形、温度变形；荷载作用下变形包括：短期变形和长期变形。

一．混凝土在非荷载作用下的变形

1．化学收缩

在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，会引起混凝土产生收缩，称为化学收缩。其收缩量随混凝土龄期的延长而增加，大致与时间的对数成正比。一般在混凝土成型后40d内收缩量增加较快，以后逐渐趋向稳定。这种收缩不可恢复，化学收缩值很小，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。

2．塑性收缩

混凝土成型后尚未凝结硬化时属于塑性阶段，在此阶段往往由于表面失水而产生收缩，称塑性收缩。新拌混凝土若表面失水速率超过内部水分向表面迁移的速率时，会造成毛细管内部产生负压，因而使浆体中固体粒子间产生一定的引力，便产生了收缩。如果引力不均匀作用于混凝土表面，则表面将产生裂纹。

预防塑性收缩的方法是降低混凝土表面失水速率、采取防风、降温等措施。最有效的方法是凝结硬化前保持表面的润湿，如在表面覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。

3．干湿变形

主要取决于周围环境湿度的变形，表现为干湿缩胀。干缩对混凝土影响很大，应予以特别注意。

混凝土处于干燥环境时，首先发生毛细管的游离水蒸发，使毛细管内形成负压，随着空气湿度的降低，负压随之增加，产生收缩力，导致混凝土整体收缩。当毛细管内水蒸发完后，若继续干燥，还会使吸附在胶体颗粒上的水蒸发。由于分子引力的作用，粒子间距离小，引起胶体收缩，称这种收缩为干燥收缩。

混凝土干缩变形是由表及里逐渐进行的，因而会产生表面收缩大，内部收缩小，导致混凝土表面受到拉力作用。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。此外，混凝土在干缩过程中，骨料并不产生收缩，因而在骨料与水泥石界面上也会产生微裂纹，裂纹的存在，会对混凝土强度，耐久性产生有害作用。