《建筑材料》課件-4.4混凝土的變形

混凝土的變形PART

04Ⅰ、荷載作用下的變形Ⅱ、非荷載作用下的變形化學(xué)收縮干濕變形短期荷載作用下的變形溫度變形長(zhǎng)期荷載作用下的變形—徐變1、化學(xué)減縮

化學(xué)減縮是由水泥的水化反應(yīng)所產(chǎn)生的固有體積收縮。雖然化學(xué)減縮率很小，在限制應(yīng)力下不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生破壞作用，但其收縮過(guò)程在混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)物微細(xì)裂縫，影響到混凝土的受載性能和耐久性能。Ⅰ、非荷載作用下的變形膨脹

0收縮應(yīng)變齡期空氣中養(yǎng)護(hù)水中養(yǎng)護(hù)

定義：濕度變化所引起的混凝土體積變形——濕脹干縮，主要原因是水泥石中的凝膠水和毛細(xì)孔水的變化引起的。

混凝土的濕脹干縮變形重要的是干縮變形，因在約束下的收縮將導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。2、干濕變形（干縮濕脹）干燥收縮的危害：

路面板、橋面板、機(jī)場(chǎng)道面、停車(chē)場(chǎng)等暴露面積大且厚度較小的結(jié)構(gòu)物干縮最為顯著。

當(dāng)混凝土的干燥收縮受到約束時(shí)，將導(dǎo)致裂縫，影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性?；炷粮煽s的影響因素：（1）混凝土組成與配合比骨料體積含量越大，干縮越??；水灰比一定時(shí)，水泥用量越多，干縮越大；水泥用量一定時(shí)，用水量越多，干縮越大。水泥種類(lèi)與細(xì)度，細(xì)度越細(xì)，干縮較大。（2）良好養(yǎng)護(hù)可以減小收縮（3）構(gòu)件幾何尺寸和形狀表面積與體積比值越大，收縮越大；濕度擴(kuò)散的路徑越長(zhǎng)，收縮速率越低。【案例】混凝土早期養(yǎng)護(hù)不好導(dǎo)致出現(xiàn)收縮裂縫

概要:某多層住宅，混凝土等級(jí)均為C30，該工程2012年1月開(kāi)工，該年12月竣工。2014年8月16日，六樓住戶(hù)發(fā)現(xiàn)書(shū)房以及主臥室的墻角處有兩道圓弧型的裂縫。8月24日，在鋪貼閣樓瓷磚時(shí)，在書(shū)房處發(fā)現(xiàn)其頂板從中間向兩邊呈450開(kāi)裂。后發(fā)現(xiàn)主臥室的頂板也發(fā)生明顯的開(kāi)裂現(xiàn)象。該樓層施工氣象條件為該地區(qū)大氣比較寒冷的一段時(shí)期，最低氣溫3℃，最高氣溫15℃，相對(duì)濕度在30%—40%之間，當(dāng)日的風(fēng)速很大。施土中雖然采取了多種冬季施工措施，但在作業(yè)時(shí)僅采用雙層草簾覆蓋保溫，未采取灑水養(yǎng)護(hù)和防風(fēng)措施。分析: 如前所述，特別是風(fēng)大時(shí)，施土完畢后，混凝土正處于初凝期，強(qiáng)度尚未有大的發(fā)展，作業(yè)又沒(méi)有防風(fēng)措施，導(dǎo)致混凝土失去水分過(guò)快，引起表面混凝土干縮，產(chǎn)生裂縫。另外，從裂縫絕大多數(shù)集中在構(gòu)件較薄及與外界接觸面積最大的樓板上這一現(xiàn)象也可證實(shí)，開(kāi)裂與其使用的材料關(guān)系不大，而受氣象條件的影響大些。與樓板厚度接近的墻體之所以未裂，是因?yàn)閴w兩面都有模板，不直接受大氣的影響。由此可以基本斷定，大氣因素是導(dǎo)致混凝土現(xiàn)澆板出現(xiàn)干縮裂縫的直接因素。3、溫度變形與其它材料一樣，混凝土也具有熱脹冷縮的性質(zhì)；混凝土的熱膨脹系數(shù)為1×10－5m/

C；溫度變形對(duì)大體積混凝土不利，因水泥水化放熱，造成內(nèi)外溫差較大，內(nèi)外膨脹不均，導(dǎo)致外部開(kāi)裂；混凝土的熱膨脹系數(shù)取決于骨料的熱膨脹系數(shù)。大體積混凝土定義大體積混凝土類(lèi)型《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》GB50496-2018里規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土，稱(chēng)之為大體積混凝土。

現(xiàn)代建筑中時(shí)常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等。它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部升溫比較快。混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，會(huì)使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用。熱裂縫出現(xiàn)的機(jī)理

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，散熱很慢，因此造成混凝土內(nèi)外溫差很大，有時(shí)可達(dá)50～70℃。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)使混凝土產(chǎn)生裂縫。

熱收縮與開(kāi)裂

近幾十年來(lái)，基礎(chǔ)、橋梁、隧道襯砌以及其他構(gòu)件尺寸并不很大的結(jié)構(gòu)混凝土開(kāi)裂的現(xiàn)象增多，同時(shí)發(fā)現(xiàn)干燥收縮通常在這里并不重要了。水化熱以及溫度變化已經(jīng)成為引起素混凝土與鋼筋混凝土約束應(yīng)力和開(kāi)裂的主導(dǎo)原因?；炷恋淖冃位炷恋淖冃?/p>

對(duì)大體積混凝土工程，必須盡量減少混凝土發(fā)熱量，目前常用的方法有：

1)最大限度減少用水量和水泥用量；

2)大量摻加粉煤灰、磨細(xì)礦渣等摻和料；

3)采用低熱水泥；4)預(yù)冷原材料5)選用熱膨脹系數(shù)低的骨料，減小熱變形；6)在混凝土中埋冷卻水管，表面絕熱，減小內(nèi)外溫差；7)對(duì)混凝土合理分縫、分塊、減輕約束等。三峽大壩泄洪段－發(fā)電段

大體積混凝土混凝土的變形三峽大壩混凝土的“外衣”混凝土的變形大體積混凝土的內(nèi)部降溫管混凝土的變形【案例分析】：某鐵路大橋工程墩臺(tái)為圓端型實(shí)體墩，橋墩截面尺寸為880cm×220cm，墩身高度10-30m。橋墩表面設(shè)置Ф16鋼筋網(wǎng)，橋墩臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,。混凝土工程施工中模板使用大型組合鋼模版，混凝土攪拌站自動(dòng)計(jì)量集中拌合，混凝土罐車(chē)運(yùn)輸，泵送入模，每次施工高度10米。開(kāi)始施工后在混凝土澆筑3天后拆模，發(fā)現(xiàn)在橋墩直線(xiàn)段上距曲線(xiàn)段50厘米左右對(duì)稱(chēng)出現(xiàn)4條豎向裂縫，裂縫寬度在0.1—0.2mm左右，深度60cm左右?！菊{(diào)查】：經(jīng)對(duì)墩身混凝土強(qiáng)度回彈，混凝土三天強(qiáng)度基本達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30。檢測(cè)原材料均合格，調(diào)查施工過(guò)程及新拌混凝土性能均正常。對(duì)混凝土及環(huán)境溫度檢測(cè)結(jié)果如下，混凝土內(nèi)部溫度64℃，混凝土表面溫度40℃，環(huán)境氣溫白天為24-34℃，晚上氣溫在10-20℃之間?！驹蚍治觥浚航?jīng)綜合分析，該混凝土表面裂縫主要是混凝土水化熱引起溫升大，再加上晝夜環(huán)境溫差大，引起混凝土中心溫度到環(huán)境氣溫溫度梯度大，混凝土收縮與膨脹引起應(yīng)力差造成的溫度裂縫。短期荷載作用下的變形長(zhǎng)期荷載作用下的變形——徐變Ⅱ荷載作用下的變形

混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中含有砂石骨料、水泥石（水泥石中又存在著凝膠、晶體和未水化的水泥顆粒）、游離水分和氣泡，這就決定了混凝土本身的不勻質(zhì)性。因而它不是一種完全的彈性體，而是一種彈塑性體。1、在短期荷載作用下的變形——彈塑性變形2、長(zhǎng)期荷載作用下的變形——徐變混凝土徐變，是由于水泥石凝膠體在長(zhǎng)期荷載作用下的粘性流動(dòng)，并向毛細(xì)孔中移動(dòng)，同時(shí)吸附在凝膠粒子上的吸附水因荷載應(yīng)力而向毛細(xì)孔遷移滲透的結(jié)果。混凝土不論是受壓、受拉或受彎時(shí)，均有徐變現(xiàn)象。有利面：徐變可消除鋼筋混凝土內(nèi)的應(yīng)力集中，使應(yīng)力重分布，從而使局部應(yīng)力集中得到緩解；對(duì)大體積混凝土則能消除一部分由于溫度變形所產(chǎn)生的破壞應(yīng)力。不利面：在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中，混凝土的徐變將使鋼筋的預(yù)加應(yīng)力受到損失。徐變的利與弊

西太平洋Caroline群島上的一座橋梁（主跨為241m）由于徐變使跨中向下?lián)锨?，加鋪的橋面板進(jìn)一步加劇徐變，使該