混凝土的變形性能

1、混凝土的變形性能 混凝土的變形性能 n 混凝土在硬化過程中、在干燥或冷卻作用下混凝土在硬化過程中、在干燥或冷卻作用下 要產(chǎn)生變形，以及硬化后在荷載作用下要產(chǎn)生要產(chǎn)生變形，以及硬化后在荷載作用下要產(chǎn)生 彈性與非彈性變形，當(dāng)變形受約束時(shí)常會(huì)彈性與非彈性變形，當(dāng)變形受約束時(shí)常會(huì)引起引起 開裂開裂。 n 80%80%以上的開裂都是由于混凝土變形所引以上的開裂都是由于混凝土變形所引 起，只有很小一部分是由于承載力不足導(dǎo)起，只有很小一部分是由于承載力不足導(dǎo) 致。致。 裂縫治理專家裂縫治理專家 王鐵夢王鐵夢 硬化混凝土體積變形的后果 5.3 混凝土的變形性能混凝土的變形性能 混凝土的變形性能 體積變形引起砼

2、裂縫的原因: n結(jié)構(gòu)物里的混凝土構(gòu)件，總要受到一定的約束，結(jié)構(gòu)物里的混凝土構(gòu)件，總要受到一定的約束， 如來自地基的摩擦、其它構(gòu)件、配筋或混凝土如來自地基的摩擦、其它構(gòu)件、配筋或混凝土 體內(nèi)外變形差異的約束。體內(nèi)外變形差異的約束。 n當(dāng)彈性材料的應(yīng)變當(dāng)彈性材料的應(yīng)變( (變形變形) )完全受到限制，就產(chǎn)完全受到限制，就產(chǎn) 生彈性應(yīng)力。應(yīng)力大小取決材料的應(yīng)變生彈性應(yīng)力。應(yīng)力大小取決材料的應(yīng)變 和彈和彈 性模量性模量E E（= E= E）。）。 n當(dāng)變形產(chǎn)生的應(yīng)力，超過砼抵抗斷裂的能力時(shí)，當(dāng)變形產(chǎn)生的應(yīng)力，超過砼抵抗斷裂的能力時(shí)， 就會(huì)引起開裂，出現(xiàn)宏觀可見裂縫。就會(huì)引起開裂，出現(xiàn)宏觀可見裂縫。 5

3、.3 混凝土的變形性能混凝土的變形性能 混凝土的變形性能 硬化砼的變形2種類型 n非荷載作用下的變形非荷載作用下的變形 化學(xué)收縮;干燥收縮; 自收縮;溫度收縮; 塑性收縮;碳化收縮. n荷載作用下的變形荷載作用下的變形 短期荷載作用下的變形(彈塑變形); 長期荷載作用下的變形(徐變). 化學(xué)收縮 干燥收縮 塑性收縮 溫度收縮 5.3 混凝土的變形性能混凝土的變形性能 混凝土的變形性能 混凝土變形在線監(jiān)測混凝土變形在線監(jiān)測 一一.非荷載作用下的變形非荷載作用下的變形 混凝土的變形性能 1.塑性收縮（沉縮） n定義:混凝土成型后尚未凝結(jié)硬化時(shí)屬塑性階 段，在此階段往往由于表面失水而產(chǎn)生收縮， 稱為

4、塑性收縮。 n原因：表面失水速率大于內(nèi)部水向表面遷移 的速率。造成毛細(xì)管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié){體中 固體顆粒間產(chǎn)生一定的引力，當(dāng)引力不均勻 作用于混凝土表面，則在表面產(chǎn)生裂紋。 n處理方法：防風(fēng)、降溫、灑水、覆蓋及噴養(yǎng) 護(hù)劑等。 n毛細(xì)現(xiàn)象解釋負(fù)壓的產(chǎn)生。 一一.非荷載作用下的變形非荷載作用下的變形 混凝土的變形性能 2.化學(xué)收縮 v定義定義 在混凝土硬化過程中，由于水泥水化生成物在混凝土硬化過程中，由于水泥水化生成物 的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積小，從而引起混凝的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積小，從而引起混凝 土的收縮，稱為化學(xué)收縮。土的收縮，稱為化學(xué)收縮。 v特點(diǎn)：特點(diǎn)： 化學(xué)收縮是不可恢復(fù)的。化學(xué)收縮

5、是不可恢復(fù)的。 其收縮量是隨混凝土硬化齡期的延長而增加，一其收縮量是隨混凝土硬化齡期的延長而增加，一 般在混凝土成型后般在混凝土成型后40d左右增長較快，以后逐漸左右增長較快，以后逐漸 趨于穩(wěn)定。趨于穩(wěn)定。 化學(xué)收縮值很小，對混凝土結(jié)構(gòu)沒有破壞作用，化學(xué)收縮值很小，對混凝土結(jié)構(gòu)沒有破壞作用， 但在混凝土內(nèi)部可能產(chǎn)生微細(xì)裂縫。但在混凝土內(nèi)部可能產(chǎn)生微細(xì)裂縫。 一一.非荷載作用下的變形非荷載作用下的變形 混凝土的變形性能 3.干濕變形（物理收縮） v（1）、定義）、定義 由于混凝土周圍環(huán)境濕度的變化，會(huì)引起混凝土由于混凝土周圍環(huán)境濕度的變化，會(huì)引起混凝土 的干濕變形，表現(xiàn)為干縮濕脹。的干濕變形，表

6、現(xiàn)為干縮濕脹。 混凝土的濕脹變形量很小，一般無破壞作用。但混凝土的濕脹變形量很小，一般無破壞作用。但 干燥收縮（干燥收縮（Dry Shrinkage）能使混凝土表面出）能使混凝土表面出 現(xiàn)拉應(yīng)力而導(dǎo)致開裂現(xiàn)拉應(yīng)力而導(dǎo)致開裂 v（2）、機(jī)理：）、機(jī)理： 混凝土在干燥過程中，由于毛細(xì)孔水的蒸發(fā)，使毛混凝土在干燥過程中，由于毛細(xì)孔水的蒸發(fā)，使毛 細(xì)孔中形成負(fù)壓，產(chǎn)生收縮力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生收細(xì)孔中形成負(fù)壓，產(chǎn)生收縮力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生收 縮裂縫?？s裂縫。 同時(shí)，凝膠體顆粒的吸附水也發(fā)生部分蒸發(fā)，凝膠同時(shí)，凝膠體顆粒的吸附水也發(fā)生部分蒸發(fā)，凝膠 體因失水而產(chǎn)生緊縮。體因失水而產(chǎn)生緊縮。 一一.非荷載作用下

7、的變形非荷載作用下的變形 混凝土的變形性能 干燥環(huán)境干燥環(huán)境干縮示意圖 混凝土的變形性能開裂開裂 干縮示意圖 混凝土的變形性能 干濕變形機(jī)理示意圖干濕變形機(jī)理示意圖 彎月面彎月面 毛細(xì)孔毛細(xì)孔 負(fù)壓負(fù)壓 混凝土的變形性能 （3）、影響干燥收縮的因素 n水泥品種：P.P和P.S水泥干燥收縮大； n水泥細(xì)度：水泥細(xì)度越大，干燥收縮 越大； n水泥用量：用量越大，干燥收縮越大； n水灰(膠）比：w/c or w/B越大，干 縮大，但，水膠比過小，自收縮大； n骨料質(zhì)量：級(jí)配好，雜質(zhì)含量，針片 狀顆粒含量少，干縮小。 n養(yǎng)護(hù)條件：濕度越高，濕養(yǎng)時(shí)間越長， 干縮小。 3.干濕變形干濕變形 d 水中 水中

8、 空氣中 變形X10-6 - + 混凝土的變形性能 4、溫度變形（溫度收縮、冷縮） v（1）、定義：）、定義： 混凝土隨著溫度的變化產(chǎn)生熱脹冷縮的變形?；炷岭S著溫度的變化產(chǎn)生熱脹冷縮的變形。 v（2）、參數(shù)：）、參數(shù)： 混凝土的溫度線膨脹系數(shù)混凝土的溫度線膨脹系數(shù) ：（：（11.5）10- 5/ ，即溫度升高，即溫度升高1，每，每m膨脹膨脹0.01mm。 v（3）、危害：）、危害： 溫度變形對大體積混凝土及大面積混凝土工程極為溫度變形對大體積混凝土及大面積混凝土工程極為 不利，易使這些混凝土造成溫度裂縫。不利，易使這些混凝土造成溫度裂縫。 一一.非荷載作用下的變形非荷載作用下的變形 tLL

9、混凝土的變形性能 （4）、熱裂縫出現(xiàn)的機(jī)理 n在混凝土硬化初期，水泥水化放出較多熱在混凝土硬化初期，水泥水化放出較多熱 量，而混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，散熱很量，而混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，散熱很 慢，因此造成混凝土內(nèi)外溫差很大，有時(shí)慢，因此造成混凝土內(nèi)外溫差很大，有時(shí) 可達(dá)可達(dá)5070， n這將使混凝土產(chǎn)生內(nèi)脹外縮，結(jié)果在外表這將使混凝土產(chǎn)生內(nèi)脹外縮，結(jié)果在外表 混凝土中將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)使混凝土中將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)使 混凝土產(chǎn)生裂縫。混凝土產(chǎn)生裂縫。 4、溫度變形（溫度收縮、冷縮） 混凝土的變形性能 （5）大體積砼溫度應(yīng)力裂縫的控制 4、溫度變形（溫度收縮、冷縮） 我國規(guī)定結(jié)構(gòu)

10、斷面最小尺寸超過1m 的混凝土，叫大體積混凝土。 美國混凝土學(xué)會(huì)（ACI）規(guī)定任何現(xiàn) 澆混凝土，其尺寸達(dá)到必須解決水化熱 及隨之引起的體積變形問題，以最大限 度減少開裂影響的，即稱為大體積混凝 土。 適當(dāng)選用較粗骨料 低熱水泥或加摻合料 降低水泥用量（高效減水劑） 加膨脹劑 加緩凝劑 控制入模溫度 必要時(shí)內(nèi)部降溫 外部保溫保濕 內(nèi)外溫差小于 2530度 合適配筋選擇 配合比設(shè)計(jì) 施工養(yǎng)護(hù) 混凝土的變形性能 三峽大壩泄洪段發(fā)電段三峽大壩泄洪段發(fā)電段 大體積混凝土大體積混凝土 混凝土的變形性能 大體積混凝土的內(nèi)部降溫管大體積混凝土的內(nèi)部降溫管 混凝土的變形性能 5、碳化收縮 v（1）、定義）、定義

11、 水泥石與水泥石與CO2 作用所引起一種體積收縮現(xiàn)象。作用所引起一種體積收縮現(xiàn)象。 v（2）、機(jī)理：）、機(jī)理： 空氣中與水泥石中水化物，特別石與空氣中與水泥石中水化物，特別石與Ca(OH)2的作的作 用，置換出水分子，引起水泥石體積變化。用，置換出水分子，引起水泥石體積變化。 一方面這些失去的水分隨相對濕度減小而增大一方面這些失去的水分隨相對濕度減小而增大;另一另一 方面，方面，CO2與水化物作用又必須在一定濕度下進(jìn)行。與水化物作用又必須在一定濕度下進(jìn)行。 （濕度為（濕度為100時(shí)不產(chǎn)生碳化收縮，時(shí)不產(chǎn)生碳化收縮，55時(shí)為最大時(shí)為最大 值，值，25時(shí)也不產(chǎn)生收縮）時(shí)也不產(chǎn)生收縮） 混凝土的變形

12、性能 二、荷載作用下的變形 q短期荷載作用下的變形彈塑性變形短期荷載作用下的變形彈塑性變形 q長期荷載作用下的變形長期荷載作用下的變形徐變徐變 5.3 混凝土的變形性能混凝土的變形性能 混凝土的變形性能 (一一)短期荷載作用下的變形彈塑性變形短期荷載作用下的變形彈塑性變形 n1.砼受力變形及破壞的4個(gè)階段 (I)裂縫無明顯變化階段(收縮裂縫階段): 當(dāng)荷載達(dá)到“比例極限” (約為極限荷載30%) 以前,裂縫無明顯變化, 并稍有收縮. 混凝土處 于彈性工作階段 n 二、荷載作用下的變形二、荷載作用下的變形 3070100 形變 極限荷載(%) I II III IV 混凝土的變形性能 (II).

13、裂縫引發(fā)階段 n荷載介于比例極限 30極限荷載）和 臨界荷載（70極 限荷載）之間，裂 縫數(shù)量、長度、寬 度逐漸增大，但尚 無明顯砂漿裂縫。 1.砼受力變形及變壞的砼受力變形及變壞的4個(gè)階段個(gè)階段 3070100 形變 極限荷載(%) I II III IV 混凝土的變形性能 （III）穩(wěn)定的裂縫增長階段 荷載超過臨界荷載后， 隨著荷載增大，裂縫 繼續(xù)擴(kuò)大，并開始出 現(xiàn)少將裂紋。但荷載 保持一定不變時(shí)，裂 縫也停止。 1.砼受力變形及變壞的砼受力變形及變壞的4個(gè)階段個(gè)階段 3070100 形變 極限荷載(%) I II III IV 混凝土的變形性能 （IV）不穩(wěn)定的裂縫擴(kuò)展階段 n荷載達(dá)到極

14、限荷載 之后，荷載不變，裂 縫不斷擴(kuò)展。隨后應(yīng) 力降低回落，變形繼 續(xù)增大，直至破壞。 1.砼受力變形及變壞的砼受力變形及變壞的4個(gè)階段個(gè)階段 3070100 形變 極限荷載(%) I II III IV 混凝土的變形性能 2、混凝土的彈塑變形及彈性模量 q由混凝土受力破壞特征可知由混凝土受力破壞特征可知: 混凝土是一種由水泥石、砂、石、混凝土是一種由水泥石、砂、石、 孔隙等組成的不勻質(zhì)的孔隙等組成的不勻質(zhì)的三相復(fù)合材三相復(fù)合材 料料。它既不是一個(gè)完全彈性體，也。它既不是一個(gè)完全彈性體，也 不是一個(gè)完全塑性體，而是一個(gè)彈不是一個(gè)完全塑性體，而是一個(gè)彈 塑性體。受力時(shí)既產(chǎn)生彈性變形，塑性體。受力

15、時(shí)既產(chǎn)生彈性變形， 又產(chǎn)生塑性變形，其應(yīng)力與應(yīng)變的又產(chǎn)生塑性變形，其應(yīng)力與應(yīng)變的 關(guān)系不是直線，而是曲線關(guān)系不是直線，而是曲線. (一一)短期荷載作用下的變形彈塑性變形短期荷載作用下的變形彈塑性變形 混凝土的變形性能 (1).砼的彈塑變形: 加荷載,應(yīng)變應(yīng)變, 一部分變形可 恢復(fù),叫彈 彈, 另一部分,叫 叫塑 塑。 當(dāng)應(yīng)力 ,反 復(fù)加荷、卸荷,塑性變形不斷增加,直至穩(wěn)定, 即最后一次加荷、卸荷所產(chǎn)生的塑性變型為零. 當(dāng)應(yīng)力為 ,反復(fù)加荷、卸荷,塑 性變形不斷增加,最終導(dǎo)致疲勞破壞. 塑彈 軸心抗壓強(qiáng)度）(0.5f-0.3 cp cp 0.7f-0.5 混凝土的變形性能 (2)砼的彈性模量(靜

16、彈模量) n初始切線模量 n n切線彈性模量 n n切線彈性模量 n n 2、混凝土的彈塑變形及彈性模量、混凝土的彈塑變形及彈性模量 )0,0( d d 初切 E ),( d d 初切 E 初切 E 應(yīng)變 應(yīng)變 應(yīng)力 切線 初始切線 割線 混凝土的變形性能 討論：砼靜彈模量的檢測與規(guī)定 n當(dāng) 時(shí)，每次加 荷、卸荷均有一定塑性變形，但當(dāng)反復(fù)次 數(shù)增多后，每次塑性變型逐漸減小并趨于 零，也就是說，最后一次（第4至5次）塑 性變形接近于彈性變形。 n應(yīng)力 時(shí)，經(jīng)45次反復(fù)加荷、卸 荷后的割線彈性模量，規(guī)定為砼的靜彈模 量： 軸心抗壓強(qiáng)度）(0.5f-0.3 cp cp 0.4f ),4.0( fcp

17、h E 2、混凝土的彈塑變形及彈性模量、混凝土的彈塑變形及彈性模量 混凝土的變形性能 砼的其他彈性模量 n動(dòng)彈性模量：道路軌枕 n砼的抗折彈性模量：道路混凝土 2、混凝土的彈塑變形及彈性模量、混凝土的彈塑變形及彈性模量 混凝土的變形性能 3.影響混凝土彈性模量的因素影響混凝土彈性模量的因素 n混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度越高，彈性模量越大，混凝土的強(qiáng)度越高，彈性模量越大， 當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)由當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)由C10增加到增加到C60時(shí)，其彈性模時(shí)，其彈性模 量大致由量大致由1.75104MPa增加到增加到3.60 104MPa; n骨料的含量與彈性模量骨料的含量與彈性模量骨料的含量

18、越多，彈性模量骨料的含量越多，彈性模量 越大，混凝土的彈性模量越高越大，混凝土的彈性模量越高; n水泥漿量：水泥漿量越大，彈性模量越?。凰酀{量：水泥漿量越大，彈性模量越小； n含氣量：混凝土含氣量越大，彈性模量越小；含氣量：混凝土含氣量越大，彈性模量越?。?n養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)條件混凝土的水灰比較小，養(yǎng)護(hù)較好及齡期較混凝土的水灰比較小，養(yǎng)護(hù)較好及齡期較 長時(shí)，混凝土的彈性模量就較大。長時(shí)，混凝土的彈性模量就較大。 (一一)短期荷載作用下的變形彈塑性變形短期荷載作用下的變形彈塑性變形 混凝土的變形性能 （二）、在長期荷載作用下的變形徐變（二）、在長期荷載作用下的變形徐變 n1.混凝土徐變的概念混凝土

19、徐變的概念 徐變徐變在長期恒定荷載作用下，隨時(shí)間而沿在長期恒定荷載作用下，隨時(shí)間而沿 受力方向增大的非彈性變形稱為徐變。受力方向增大的非彈性變形稱為徐變。 松弛松弛應(yīng)變一定時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間逐漸減小的應(yīng)變一定時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間逐漸減小的 現(xiàn)象則稱應(yīng)力松弛?，F(xiàn)象則稱應(yīng)力松弛。 兩者都是粘彈性材料的典型特征。當(dāng)一混凝土兩者都是粘彈性材料的典型特征。當(dāng)一混凝土 構(gòu)件受約束時(shí)，其粘彈性表現(xiàn)為應(yīng)力隨時(shí)間逐構(gòu)件受約束時(shí)，其粘彈性表現(xiàn)為應(yīng)力隨時(shí)間逐 漸減小。因此，在有約束的條件下，收縮應(yīng)變漸減小。因此，在有約束的條件下，收縮應(yīng)變 引起的彈性拉應(yīng)力和粘彈性引起的應(yīng)力松弛，引起的彈性拉應(yīng)力和粘彈性引起的應(yīng)力松弛， 是大多數(shù)結(jié)構(gòu)變形與開裂的實(shí)質(zhì)。是大多數(shù)結(jié)構(gòu)變形與開裂的實(shí)質(zhì)。 n 二、荷載作用下的變形二、荷載作用下的變形 混凝土的變形性能 西太平洋西太平洋Caroline群島上的一座橋梁（主跨群島上的一座橋梁（主跨 為為241m）由于徐變使跨中向下?lián)锨?，加鋪的橋）由于徐變使跨中向下?lián)锨愉伒臉?面板進(jìn)一步加劇徐變，使該橋在建成不到面板進(jìn)一步加劇徐變，使該橋在建成不到20年年 后坍塌后坍塌（1996年）。年）。 徐變引起的橋梁垮塌圖徐變引起的橋梁垮塌圖 混凝土的變形性能 2.混凝土徐變原因 n水泥石中的水泥石中的凝膠體凝膠體在長期荷載作用下的