普通混凝土物理化學因素引起的變形

①化學收縮 混凝土在硬化過程中,由於水泥水化生成物的體積,比反應前物質的總體積(包括水的體積)小,而使混凝土產生體積收縮,這種收縮稱為化學收縮。其收縮量是隨混凝土硬化齡期的延長而增加的,大致與時間的對數成正比,一般在混凝土成型後40多天內增長較快,以後就漸趨穩定。化學收縮是不能恢複的。混凝土化學收縮值約(4~100)×10-6mm/mm。

②塑性收縮 混凝土拌和物在剛成型後,固體顆粒下沉,混凝土表麵產生泌水現象。當混凝土表麵水分蒸發的速度大於泌水速度時,由於表麵張力的作用,混凝土表麵產生收縮,稱為塑性收縮。在橋梁墩台等大體積混凝土中,有可能產生沉降裂縫。塑性收縮的可能收縮值約1%。

③碳化收縮 空氣中二氧化碳會與水泥的水化產物發生碳化反應,而引起混凝土體積的減小,稱為碳化收縮。當空氣相對濕度為30%~50%時碳化最嚴重,收縮值也最大。

④幹濕變形 幹濕變形是混凝土最常見的非荷載變形。幹濕變形取決於周圍環境的濕度變化。混凝土在幹燥過程中,首先發生氣孔水和毛細水的蒸發。氣孔水的蒸發並不引起混凝土的收縮。毛細孔水的蒸發,使毛細孔中形成負壓,隨著空氣濕度的降低負壓逐漸增大,產生收縮力,導致混凝土收縮。當毛細孔中的水蒸發完後,如繼續幹燥,則凝膠體顆粒的吸附水也發生部分蒸發,由於分子引力的作用,粒子間距離變小,使凝膠體緊縮。混凝土這種收縮在重新吸水以後大部分可以恢複,但有30%~50%是不可逆的。混凝土的幹縮變形對混凝土的危害較大,當收縮受到約束時,往往引起混凝土開裂,從而降低混凝土的抗滲透性、抗凍性、抗化學侵人性等耐久性能。混凝土的濕脹幹縮變形如圖2-25所示。

混凝土的幹縮變形是用100mm×100mm×515mm的標準試件,在規定試驗條件下測得的幹縮率來表示,其值可達(300~500)×10-6。用這種小試件測得的混凝土幹縮率,隻能反映混凝土的相對幹縮性,而實際構件的尺寸要比試件大得多,又由於構件內部的幹燥過程較為緩慢,故實際混凝土構件的幹縮率遠較試驗值小。結構設計中混凝土的幹縮率取值為(150~200)×10-6,即每米混凝土收縮0.15~0.20mm。

影響混凝土幹縮的因素很多,主要有以下幾方麵。

①水泥用量、細度及品種的影響 由於混凝土的收縮主要是由水泥石的幹縮所引起的,而骨料對幹縮具有製約的作用,因此在水灰比不變的情況下,混凝土中水泥漿量愈多,混凝土幹縮率就愈大。采用礦渣水泥配製的混凝土比采用普通水泥配製的混凝土幹縮率大;采用高強度等級水泥,由於水泥顆粒較細,混凝土收縮也較大;粉煤灰水泥混凝土的收縮率較小。

②水灰比的影響 當混凝土中的水泥用量不變時,混凝土的幹縮率隨水灰比的增大而增加,塑性混凝土的幹縮率較幹硬性混凝土大得多。混凝土單位用水量的多少是影響其幹縮率的重要因素。一般用水量平均每增加1%,幹縮率約增加2%~3%。

③集料質量的影響 砂石在混凝土中形成骨架,對收縮有一定的限製作用。故混凝土的收縮率比水泥砂漿小得多。而水泥砂漿的收縮量又比水泥淨漿小得多。集料的彈性模量越高,混凝土的收縮越小,故輕集料混凝土的收縮一般說來比普通混凝土大得多。吸水率大的集料配製的混凝土其幹縮率也大。集料的含泥量較多時,會增大混凝土的幹縮性。集料最大粒徑較大、級配良好時,由於能減少混凝土中水泥漿用量,故混凝土幹縮率較小。

④混凝土施工質量的影響 混凝土澆築成型密實並延長濕養護時間,可推遲幹縮變形的發生和發展,但對混凝土的最終幹縮率無顯著影響。采用濕熱養護處理的混凝土,可減小混凝土的幹縮率。

⑤溫度變形 混凝土與其他材料一樣,也具有熱脹冷縮的性質。混凝土的溫度膨脹係數約為(0.6~1.3)×10-5mm/(mm·℃),一般取1.0×10-5mm/(mm·℃),即溫度升高1℃,每米膨脹0.01mm。溫度變形對大體積混凝土及大麵積混凝土工程極為不利,易使這些混凝土造成溫度裂縫。

在混凝土硬化初期,水泥水化放出較多的熱量,混凝土又是熱的不良導體,散熱較慢,因此在大體積混凝土內部的溫度較外部高,有時可達50~70℃。這將使內部混凝土的體積產生較大的影脹,而外部混凝土卻隨氣溫降低而收縮。內部膨脹和外部收縮互相製約,在外表混凝土中將產生很大拉應力,嚴重時使混凝土產生裂縫。因此,對大體積混凝土工程,必須盡量設法減少混凝土發熱量,如采用低熱水泥、減少水泥用量、采用人工降溫等措施。

一般縱長的混凝土結構物,應每隔一段距離設置一道伸縮縫,以及在結構中設置溫度鋼筋等措施。

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