混凝土變形機(jī)理及防治措施

倪詩雨 刁云飛

青海大學(xué)土木工程學(xué)院（810016）

1 混凝土變形的種類

混凝土的變形按照是否有荷載作用大體上可以分為兩類。第一類是由荷載直接作用而引起的變形，又分為荷載持續(xù)增加直到混凝土破壞和混凝土一直經(jīng)受長期荷載作用；第二類是體積變形，主要指的是外部環(huán)境變化導(dǎo)致混凝土的變形，如濕度改變而引起的干濕變形。變形會影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性，甚至導(dǎo)致混凝土裂縫。對于素混凝土來說，產(chǎn)生裂縫意味著脆性破壞，失去了承載能力；對于鋼筋混凝土來說，裂縫產(chǎn)生之后，裂縫處混凝土隨即退出工作，承載力將全部轉(zhuǎn)傳給鋼筋。

1.1 荷載作用引起的變形

1）混凝土受外部遞增荷載作用直到破壞的過程，稱為混凝土的單調(diào)加載。混凝土的等級、拌合物配比、養(yǎng)護(hù)及使用條件都會影響混凝土的單調(diào)加載變形[1]。加載過程中，應(yīng)力和應(yīng)變的變化始終成非線性關(guān)系。 混凝土經(jīng)過振搗密實(shí)后，因?yàn)榇旨?xì)骨料的原因，依舊為非均勻材料，所以在單調(diào)加載時(shí)，裂縫會首先產(chǎn)生在粗骨料和混凝土相連接的地方。裂縫一旦產(chǎn)生，便會持續(xù)發(fā)展。

2）混凝土在外部荷載長時(shí)間作用下，其應(yīng)變會與時(shí)間有一定的聯(lián)系。 前期，隨著時(shí)間增長應(yīng)變會快速增加；一定時(shí)期后，應(yīng)變增加會變得非常緩慢，這種情況稱作徐變。徐變主要和凝膠粒子的滑移有關(guān)，徐變的大小與水泥的用量、施加應(yīng)力的大小及骨料彈性模量有著密切關(guān)系。徐變剛開始隨時(shí)間增長很快，但隨著變形的不斷增大，大概2~3 年之后徐變就趨于穩(wěn)定了。

3）混凝土的疲勞破壞是指混凝土在大小、方向周期性變化的外力作用下發(fā)生的破壞。影響因素為混凝土本身的物理性質(zhì)，如E、ν 等。

1.2 非荷載作用引起的變形

1）化學(xué)收縮，是混凝土因其自身內(nèi)部膠凝材料的化學(xué)反應(yīng)而收縮的現(xiàn)象。對混凝土的整體結(jié)構(gòu)并沒有很大的破壞作用，但是可能會使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微小裂縫，從而影響混凝土強(qiáng)度。 化學(xué)收縮產(chǎn)生的變形是不可恢復(fù)的，所以我們在工程施工中要盡量避免混凝土產(chǎn)生化學(xué)收縮。 影響因素有用水量、水泥等級和用量、養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫濕度等。

2）干濕破壞，又被稱為混凝土的物理收縮，是混凝土隨著周圍環(huán)境的濕度變化而表現(xiàn)出的熱脹冷縮現(xiàn)象[2]。 干濕破壞對混凝土性能影響較大，因?yàn)殡S著濕度的持續(xù)變化， 混凝土表面出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力， 外界又對內(nèi)部混凝土起到一個(gè)束縛的作用，超過了混凝土所具備的抗劈拉強(qiáng)度，從而導(dǎo)致開裂。 在施工過程中需要重視約束收縮對混凝土造成的影響。 澆筑時(shí)的施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)時(shí)的外界環(huán)境及水泥的用量都是導(dǎo)致混凝土干濕破壞的因素。

2 防治措施

混凝土徐變最主要的影響因素就是應(yīng)力大小，所以減小初始應(yīng)力可以很有效地減少徐變對混凝土性能的影響。

對于干濕變形，盡量選擇顆粒較為粗糙的水泥，因?yàn)樗噍^為細(xì)膩會引起較大的干縮。 選用級配良好的集料，無論是對混凝土的化學(xué)收縮還是干濕變化都起著有利的作用。 在振搗混凝土?xí)r，需要充分振搗，確保集料與膠凝材料充分混合，因?yàn)榛炷灵_裂時(shí)的第一條裂縫一般產(chǎn)生于粗集料與混凝土相接觸的位置。 在荷載強(qiáng)度比較高的時(shí)候，適當(dāng)?shù)靥岣呋炷翉?qiáng)度也可以很好地阻止裂縫的產(chǎn)生。 其實(shí)生活中，絕大部分混凝土都是帶裂縫工作的，而大部分構(gòu)件沒有破壞的原因在于鋼筋混凝土能夠提高其承載力。 鋼筋混凝土構(gòu)件可以將破壞的類型由脆性破壞轉(zhuǎn)化為延性破壞，增加了結(jié)構(gòu)安全性，確保建筑使用人員有較長的逃生時(shí)間。

3 結(jié)語

混凝土作為主要的建筑材料，在使用過程中，其安全性是首要考慮因素。 混凝土的變形會嚴(yán)重影響其工作性能，所以在施工的過程中，需要采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施減少混凝土變形的產(chǎn)生。 針對不同的功能要求、外部環(huán)境，需要合理地選擇混凝土膠凝材料及集料的配比等，同時(shí)，優(yōu)良的施工質(zhì)量和正確的養(yǎng)護(hù)也非常重要。