普通混凝土物理化学因素引起的变形

①化学收缩 混凝土在硬化过程中,由于水泥水化生成物的体积,比反应前物质的总体积(包括水的体积)小,而使混凝土产生体积收缩,这种收缩称为化学收缩。其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加的,大致与时间的对数成正比,一般在混凝土成型后40多天内增长较快,以后就渐趋稳定。化学收缩是不能恢复的。混凝土化学收缩值约(4~100)×10-6mm/mm。

②塑性收缩 混凝土拌和物在刚成型后,固体颗粒下沉,混凝土表面产生泌水现象。当混凝土表面水分蒸发的速度大于泌水速度时,由于表面张力的作用,混凝土表面产生收缩,称为塑性收缩。在桥梁墩台等大体积混凝土中,有可能产生沉降裂缝。塑性收缩的可能收缩值约1%。

③碳化收缩 空气中二氧化碳会与水泥的水化产物发生碳化反应,而引起混凝土体积的减小,称为碳化收缩。当空气相对湿度为30%~50%时碳化最严重,收缩值也最大。

④干湿变形 干湿变形是混凝土最常见的非荷载变形。干湿变形取决于周围环境的湿度变化。混凝土在干燥过程中,首先发生气孔水和毛细水的蒸发。气孔水的蒸发并不引起混凝土的收缩。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。当毛细孔中的水蒸发完后,如继续干燥,则凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发,由于分子引力的作用,粒子间距离变小,使凝胶体紧缩。混凝土这种收缩在重新吸水以后大部分可以恢复,但有30%~50%是不可逆的。混凝土的干缩变形对混凝土的危害较大,当收缩受到约束时,往往引起混凝土开裂,从而降低混凝土的抗渗透性、抗冻性、抗化学侵人性等耐久性能。混凝土的湿胀干缩变形如图2-25所示。

混凝土的干缩变形是用100mm×100mm×515mm的标准试件,在规定试验条件下测得的干缩率来表示,其值可达(300~500)×10-6。用这种小试件测得的混凝土干缩率,只能反映混凝土的相对干缩性,而实际构件的尺寸要比试件大得多,又由于构件内部的干燥过程较为缓慢,故实际混凝土构件的干缩率远较试验值小。结构设计中混凝土的干缩率取值为(150~200)×10-6,即每米混凝土收缩0.15~0.20mm。

影响混凝土干缩的因素很多,主要有以下几方面。

①水泥用量、细度及品种的影响 由于混凝土的收缩主要是由水泥石的干缩所引起的,而骨料对干缩具有制约的作用,因此在水灰比不变的情况下,混凝土中水泥浆量愈多,混凝土干缩率就愈大。采用矿渣水泥配制的混凝土比采用普通水泥配制的混凝土干缩率大;采用高强度等级水泥,由于水泥颗粒较细,混凝土收缩也较大;粉煤灰水泥混凝土的收缩率较小。

②水灰比的影响 当混凝土中的水泥用量不变时,混凝土的干缩率随水灰比的增大而增加,塑性混凝土的干缩率较干硬性混凝土大得多。混凝土单位用水量的多少是影响其干缩率的重要因素。一般用水量平均每增加1%,干缩率约增加2%~3%。

③集料质量的影响 砂石在混凝土中形成骨架,对收缩有一定的限制作用。故混凝土的收缩率比水泥砂浆小得多。而水泥砂浆的收缩量又比水泥净浆小得多。集料的弹性模量越高,混凝土的收缩越小,故轻集料混凝土的收缩一般说来比普通混凝土大得多。吸水率大的集料配制的混凝土其干缩率也大。集料的含泥量较多时,会增大混凝土的干缩性。集料最大粒径较大、级配良好时,由于能减少混凝土中水泥浆用量,故混凝土干缩率较小。

④混凝土施工质量的影响 混凝土浇筑成型密实并延长湿养护时间,可推迟干缩变形的发生和发展,但对混凝土的最终干缩率无显著影响。采用湿热养护处理的混凝土,可减小混凝土的干缩率。

⑤温度变形 混凝土与其他材料一样,也具有热胀冷缩的性质。混凝土的温度膨胀系数约为(0.6~1.3)×10-5mm/(mm·℃),一般取1.0×10-5mm/(mm·℃),即温度升高1℃,每米膨胀0.01mm。温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利,易使这些混凝土造成温度裂缝。

在混凝土硬化初期,水泥水化放出较多的热量,混凝土又是热的不良导体,散热较慢,因此在大体积混凝土内部的温度较外部高,有时可达50~70℃。这将使内部混凝土的体积产生较大的影胀,而外部混凝土却随气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩互相制约,在外表混凝土中将产生很大拉应力,严重时使混凝土产生裂缝。因此,对大体积混凝土工程,必须尽量设法减少混凝土发热量,如采用低热水泥、减少水泥用量、采用人工降温等措施。

一般纵长的混凝土结构物,应每隔一段距离设置一道伸缩缝,以及在结构中设置温度钢筋等措施。

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