混凝土徐变是指混凝土在荷载保持不变的情况下,随时间增长而增加的变形现象。这一现象对长期受力的结构如桥梁、大型建筑物和水坝等尤为关键,因为它可能导致结构变形、裂缝甚至安全隐患。下面将从多个方面详细阐述混凝土的徐变。
1. 定义与特性
混凝土徐变是混凝土材料在荷载作用下,随时间增长而增加的不可逆变形。这种变形与荷载的大小关系不大,主要与时间参数有关。徐变特性通常表现为前期增长较快,而后逐渐变缓,经过2~5年后趋于稳定。
2. 徐变的原因
混凝土徐变的原因主要包括两个方面:一是混凝土受力后,水泥石中的胶凝体产生的黏性流动(颗粒间的相对滑动)要延续一个很长的时间;二是骨料和水泥石结合面裂缝的持续发展。混凝土在本身重力作用下发生的塑性变形也是徐变的原因之一。
3. 材料组成的影响
混凝土的组成和配合比是影响徐变的内在因素。例如,水灰比越大,水泥石含量及毛细孔数量越多,徐变越大。骨料材质决定骨料的吸水率,高吸水率、低强度骨料拌合的混凝土收缩与徐变较大。水泥品种对混凝土徐变的影响在于其影响混凝土加载时的强度,高强快凝水泥将导致较低的徐变。
4. 环境条件的影响
混凝土徐变还受到环境条件的影响,如温度和湿度。在荷载作用期间,混凝土保持在较高的温度下,其徐变量会增加。相对湿度对加载早期的徐变影响更大,湿度愈大,吸附水的蒸发量愈小,水泥的水化程度愈高,徐变也愈小。
5. 荷载条件的影响
荷载条件也是影响混凝土徐变的重要因素。经过实验表明,徐变与应力大小有直接关系,应力越大,徐变也越大。加荷龄期越早,混凝土的徐变越大。若加强养护,使混凝土尽早结硬或采用蒸汽养护,可减少徐变。
6. 徐变对结构的影响
混凝土徐变会显著影响结构或构件的受力性能。如局部应力集中可因徐变得到缓和,支座沉陷引起的应力及温度湿度力也可由于徐变得到松弛,这对水工混凝土结构是有利的。但徐变使结构变形增大对结构不利的方面也不可忽视,如徐变可使受弯构件的挠度增大2~3倍,使长柱的附加偏心距增大,还会导致预应力构件的预应力损失。
7. 徐变测试与评估
混凝土徐变试验的主要目的是评估混凝土材料在长期恒定荷载作用下的变形特性。通过徐变试验可以获得混凝土的徐变曲线,从而预测大型结构在使用过程中的变形情况。试验过程包括试件准备、加恒定荷载、长期测量和数据分析等步骤。
8. 徐变控制方法
为了减小混凝土的徐变,可以采取多种控制方法。例如,有效控制水灰比、选择适宜的水泥品种、控制骨料种类和质量、加强养护、控制温度等。这些方法可以有效降低混凝土的徐变量,提高结构的长期稳定性。
9. 徐变研究的进展
随着实验技术的进步和材料科学的不断发展,对混凝土徐变的研究也在不断深入。国内外学者提出了多种徐变计算模式和分析方法,为工程实践提供了有力的理论支持。例如,CEB-FIP模式、BP模式等在国际上得到了广泛应用。
10. 徐变在工程实践中的应用
混凝土徐变在工程实践中具有重要的应用价值。通过了解混凝土的徐变特性,设计师可以对结构设计进行调整,确保建筑物的长期安全性。徐变测试还可以帮助工程师预测并减小裂缝的风险,提高结构的耐久性和可靠性。
混凝土徐变是混凝土材料在长期荷载作用下的一种重要变形特性。通过深入研究徐变的原因、影响因素及其对结构的影响,我们可以更好地理解和控制这一现象,为工程实践提供有力的理论支持和技术保障。