基于混凝土長久性和耐久性的收縮和徐變探討

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0 引言

混凝土長久性能和耐久性能是硬化后的混凝土對(duì)長時(shí)期物理或化學(xué)因素作用的承受能力。材料受諸多因素的影響，其結(jié)構(gòu)和性能會(huì)隨時(shí)間的變化而發(fā)生變化。若材料的性能呈現(xiàn)一定程度的劣化，繼續(xù)使用會(huì)不安全或不經(jīng)濟(jì)，需要研究在正常情況下混凝土隨時(shí)間的性能變化，即它的長期性能；同時(shí)，也要研究在各種作用條件下混凝土的破壞和使用壽命，即耐久性能。引發(fā)混凝土劣化的物理和化學(xué)因素聯(lián)系非常緊密并彼此加強(qiáng)，為使混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的長久性能和耐久性能．設(shè)計(jì)者必須按其使用環(huán)境等因素，對(duì)混凝土的耐久性能提出質(zhì)量要求，針對(duì)各種不同劣化因素進(jìn)行有效防護(hù)和控制。由于各種劣化因素對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是客觀存在并長時(shí)間的綜合影響，如果按自然條件進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，要在較長的試驗(yàn)期后才能得到結(jié)果。以特定的強(qiáng)化試驗(yàn)條件和制度進(jìn)行快速試驗(yàn)，以在比較短的試驗(yàn)期內(nèi)取得反映該項(xiàng)性能的相對(duì)指標(biāo)，作為評(píng)定混凝土長久性能和耐久性能的基礎(chǔ)。

混凝土長期性能和耐久性能與混凝土建筑物的安全和使用年限密切相關(guān)。混凝土建筑物的設(shè)計(jì)使用年限要求在50年以上，我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，混凝土的耐久性設(shè)計(jì)必須按照環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行。近幾年來，我國已有一些工程的混凝土設(shè)計(jì)年限為100年，這些工程結(jié)合環(huán)境條件和特點(diǎn)，采取專門的、有效的措施，以保證混凝土工程的耐久性設(shè)計(jì)要求。

過去，我國對(duì)一般混凝土工程的耐久性問題不夠重視，混凝土結(jié)構(gòu)未達(dá)到預(yù)期的使用壽命，過早破壞的實(shí)例較多，造成的經(jīng)濟(jì)損失也較大。一些工程設(shè)計(jì)只滿足荷載要求，而沒有重視耐久性，使已建成的部分混凝土建筑物存在耐久性隱患。目前，混凝土耐久性問題日益受到人們的重視。

1 提高混凝土耐久性的途徑

混凝土的耐久性是個(gè)復(fù)雜的綜合性問題，不僅與所使用的材料相關(guān)，還與混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境條件緊密相連，因此要系統(tǒng)提高混凝土的耐久性，必須先調(diào)查清楚環(huán)境條件，再選定混凝土使用的材料并進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。把耐久性看作與強(qiáng)度同等重要的技術(shù)要求，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，同時(shí)必須精心制備、施工。

2 混凝土長久性和耐久性性能的質(zhì)量要求

對(duì)于混凝土在各種實(shí)際應(yīng)用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長期保持強(qiáng)度和外觀完整性的混凝土質(zhì)量要求，主要是按影響混凝土耐久性的因素、混凝土劣化的各種因素，確定在實(shí)際工程施工中，把主要或重要劣化因素作為混凝土的質(zhì)量控制要素。由于混凝土劣化的物理和化學(xué)因素聯(lián)系緊密彼此作用，實(shí)際工程施工中要想杷各種起因彼此不能分離，但可確定主要影響因素，以此作為控制混凝土耐久性質(zhì)量的依據(jù)?；炷灵L期性能和耐久性質(zhì)量要求主要有收縮、徐變等。

3 混凝土收縮的性能與評(píng)價(jià)

收縮是混凝土的一個(gè)重要性能，混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，可使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形、裂縫，降低其強(qiáng)度和剛度。收縮還能使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)微裂縫，破壞混凝土微觀結(jié)構(gòu)，降低混凝土耐久性能。對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，由于混凝土的收縮，會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失等。混凝土因物理化學(xué)作用而產(chǎn)生的體積縮小現(xiàn)象稱為收縮。

3.1 混凝土的收縮性能

混凝土按產(chǎn)生收縮的原因可分為沉縮、化學(xué)(自)收縮、物理收縮和碳化收縮，其主要特征如下。

1)沉縮：混凝土澆筑成型后，固體顆粒下沉，水分上浮，混凝土表面產(chǎn)生泌水，混凝土體積減小。沉縮大的混凝土還會(huì)產(chǎn)生沉縮裂縫。沉縮與混凝土水膠比、拌合物稠度、凝結(jié)時(shí)間、澆筑部位等因素密切相關(guān)。

2)化學(xué)收縮：混凝土初凝后，在不與外界發(fā)生物質(zhì)交換的條件下，由于膠凝材料繼續(xù)水化引起自干燥而造成混凝土體積減小，即自收縮。水泥的繼續(xù)水化是自收縮出現(xiàn)的根本原因，水膠比、水泥及礦物摻合料的組成、活性相細(xì)度、齡期等與自收縮密切相關(guān)。

3)物理收縮：混凝土在未飽和空氣中由于失水引起的體積減小，即干燥收縮。干燥收縮與水膠比、空氣濕度、試件尺寸等因素密切相關(guān)。

4)碳化收縮：由空氣中二氧化碳作用而引起的體積減小。在空氣相對(duì)濕度為正常的條件下，碳化收縮顯著。碳化作用伴隨著混凝土失重和收縮的同時(shí)增加。

3.2 混凝土收縮的評(píng)價(jià)

混凝土收縮試驗(yàn)方法主要有非接觸法和接觸法2種。前者主要適用于測(cè)定早齡期混凝土的自由收縮變形，也可用于無約束狀態(tài)下混凝土自收縮變形的測(cè)量。后者適用于測(cè)定在無約束和規(guī)定的溫度、濕度條件下硬化混凝土試件的收縮變形性能。

4 混凝土的受壓徐變

混凝土在室溫下徐變是顯著的，受混凝土濕度變化的影響。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土徐變引起的尺寸變化，會(huì)造成預(yù)應(yīng)力損失，還可能造成構(gòu)件的徐變破壞。當(dāng)然，最終的徐變破壞包括永久變形和斷裂。材料在持續(xù)荷載的作用下，隨時(shí)間增加的變形稱徐變。其顯著特點(diǎn)是變形與時(shí)間相關(guān)，徐變也即時(shí)間變形。

4.1 徐變與收縮的關(guān)系

徐變和收縮有不少相似和相關(guān)之處，兩者都包含很大比例的不可逆應(yīng)變；如同收縮一樣，徐變主要反映了水泥石的一種特性，骨料在其中起著抑制收縮、抑制徐變的作用；有干縮發(fā)生時(shí)混凝土的徐變值會(huì)增大等。

4.2 徐變的組成

在徐變總量中有相當(dāng)一部分徐變不可逆，而可逆部分也是隨時(shí)間逐漸恢復(fù)的，并非卸荷后馬上恢復(fù)。徐變由可恢復(fù)徐變和不可恢復(fù)徐變兩部分組成，前者為彈性變形，后者多為黏性流動(dòng)?；炷猎嚰谑茌d后，這兩部分徐變的發(fā)展速度不同?；謴?fù)性徐變?cè)诩雍珊?個(gè)月內(nèi)趨于穩(wěn)定，而非恢復(fù)徐變則在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍然繼續(xù)增長。

試驗(yàn)表明，在混凝土出現(xiàn)徐變的同時(shí)如果有干縮伴隨，混凝土徐變?cè)龃?。相?duì)濕度愈低，混凝土失水收縮愈大，徐變也愈大，這種由于干燥而增加的這部分徐變即干縮徐變。如果在加荷前使試件與周圍環(huán)境巳達(dá)到了濕度平衡，混凝土不再有干縮出現(xiàn)，環(huán)境濕度對(duì)徐變沒有影響，這種不受干縮影響的徐變即基本徐變。一般實(shí)際工程施工中混凝土的徐變由基本徐變和干縮徐變兩部分組成，但是這種區(qū)分在實(shí)踐中容易被忽視，就是忽視了干縮對(duì)徐變的影響。