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徐变和收缩的机理
日期:2017-2-25 15:45:17 作者:钢结构检测 来源:本站原创
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    大家知道,凝结后的混凝土主要由粗集料、细集料、水泥浆等组成,其中水泥浆主要包括水泥胶凝体、结晶水化产物及未完全水化的水泥等,除此之外,还有很多细微空隙和水分。

 

    徐变(creep)、收缩(shrinkage)是混凝土体积不稳定性的表现,这种现象不完全等同于塑性变形,一些学者试图用黏弹性理论来解释。从发生的原理上说,两者有很大的区别,徐变是在持续应力作用下,水泥胶凝体因黏稠变形、水分的渗出或转移、局部破裂及重结晶等产生缓慢变形;而收缩的产生则与应力无关,主要是由于干燥引起的吸附水蒸发转移以及二氧化碳导致的混凝土碳化收缩等。

 

(1)徐变

    在荷载作用下,混凝土材料除了发生瞬时弹性变形外,还会发生随着时间持续而增长的变形,即通常所说的徐变变形。为揭示徐变变形的基本规律,一般常用棱柱体(或圆柱体)试块进行试验,在此期间,保持试块截面上的平均应力不变。徐变在加载初期发展特别快,而后逐渐减慢,其延续时间可达数年,甚至更长。

 

    徐变变形主要发生在水泥胶凝体之中,其微观机理主要有:在应力作用下,水泥胶凝体的滑动或剪切所产生的水泥浆的黏稠变形。在应力作用下,由于吸附水的渗流或层间水转移而导致的紧缩。水泥浆体在持续受压后,胶凝粒子之间的吸附水和层间水就会缓慢排出而产生变形。当水被挤出后,胶凝微粒承受的应力增加,而作用于水的压力相应减小,结果导致水的渗出速度减小,这也可解释为何加荷初期混凝土的徐变速率较大,而后徐变速率随时间不断减小。由水泥胶凝体对骨架(由骨料和胶体结晶组成)弹性变形的约束作用所引起的滞后弹性变形。由于局部破裂(在应力作用下发生微裂及结晶破坏)以及重新结晶所产生的永久变形。

 

(2)收缩

    混凝土的收缩,主要是混凝土体内水泥胶凝体中的水分蒸发而使本身体积缩小的一种物理化学现象,它不依赖于荷载,但受环境湿度影响明显。在无约束情况下,收缩会产生随时间而变化的变形,收缩应变初期发展较快,尔后逐渐减慢,其延续时间同样可达数年,甚至更长,但在混凝土内不会产生应力;然而,当两端被约束时,收缩无法使混凝土产生变形,但是会在混凝土内部产生收缩应力,此应力的数值也与时间相关。

 

目前对混凝土收缩机理的阐述,主要有以下三种。

    ①干燥收缩收缩(drying  shrinkage)干燥收缩的原因是混凝土内部水分的消失。但是需要注意的是,干燥伊始所损失的自由水分并不会引起混凝土的收缩。干燥收缩主要是由于吸附水的损失,这是因为吸附水会产生一种斥力来平衡混凝土内胶凝质点间的分子引力,一旦失去吸附水,胶凝质点就会在分子引力下相互靠近,造成表观上的混凝土收缩。

 

②自发收缩(spontaneous shrinkage)

    自发收缩是在没有水分转移下的收缩,其原因是水泥水化物的体积小于参与水化反应的水泥和水的体积,因此这是一种由水泥的水化反应所产生的固有收缩。与干燥收缩相比,其值一般是微不足道的,而对于高强混凝土来讲,由于其具有较高的水泥含量,因此,早期水泥水化所产生的自发收缩占总缩量的比重较大,应予以考虑。

 

③碳化收缩(carbonated shrinkage)

    碳化收缩是混凝土中的水泥水化物与空气中的C02发生化学反应的结果。例如水泥水化物中的Ca( OH)2碳化成CaC03,而Ca( OH):结晶体的溶解以及CaC03的沉淀,会使混凝土的体积减小,即碳化收缩。

 

文章出自桥梁动静载荷试验www.zjlq.net,转载请注明。


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