基于混凝土長久性和耐久性的收縮和徐變探討

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0 引言

混凝土長久性能和耐久性能是硬化后的混凝土對長時期物理或化學因素作用的承受能力。材料受諸多因素的影響，其結構和性能會隨時間的變化而發生變化。若材料的性能呈現一定程度的劣化，繼續使用會不安全或不經濟，需要研究在正常情況下混凝土隨時間的性能變化，即它的長期性能；同時，也要研究在各種作用條件下混凝土的破壞和使用壽命，即耐久性能。引發混凝土劣化的物理和化學因素聯系非常緊密并彼此加強，為使混凝土結構具有良好的長久性能和耐久性能．設計者必須按其使用環境等因素，對混凝土的耐久性能提出質量要求，針對各種不同劣化因素進行有效防護和控制。由于各種劣化因素對結構或構件是客觀存在并長時間的綜合影響，如果按自然條件進行試驗檢測，要在較長的試驗期后才能得到結果。以特定的強化試驗條件和制度進行快速試驗，以在比較短的試驗期內取得反映該項性能的相對指標，作為評定混凝土長久性能和耐久性能的基礎。

混凝土長期性能和耐久性能與混凝土建筑物的安全和使用年限密切相關。混凝土建筑物的設計使用年限要求在50年以上，我國《混凝土結構設計規范》規定，混凝土的耐久性設計必須按照環境類別和設計使用年限進行。近幾年來，我國已有一些工程的混凝土設計年限為100年，這些工程結合環境條件和特點，采取專門的、有效的措施，以保證混凝土工程的耐久性設計要求。

過去，我國對一般混凝土工程的耐久性問題不夠重視，混凝土結構未達到預期的使用壽命，過早破壞的實例較多，造成的經濟損失也較大。一些工程設計只滿足荷載要求，而沒有重視耐久性，使已建成的部分混凝土建筑物存在耐久性隱患。目前，混凝土耐久性問題日益受到人們的重視。

1 提高混凝土耐久性的途徑

混凝土的耐久性是個復雜的綜合性問題，不僅與所使用的材料相關，還與混凝土結構的環境條件緊密相連，因此要系統提高混凝土的耐久性，必須先調查清楚環境條件，再選定混凝土使用的材料并進行耐久性設計。把耐久性看作與強度同等重要的技術要求，對混凝土配合比進行精確設計，同時必須精心制備、施工。

2 混凝土長久性和耐久性性能的質量要求

對于混凝土在各種實際應用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長期保持強度和外觀完整性的混凝土質量要求，主要是按影響混凝土耐久性的因素、混凝土劣化的各種因素，確定在實際工程施工中，把主要或重要劣化因素作為混凝土的質量控制要素。由于混凝土劣化的物理和化學因素聯系緊密彼此作用，實際工程施工中要想杷各種起因彼此不能分離，但可確定主要影響因素，以此作為控制混凝土耐久性質量的依據。混凝土長期性能和耐久性質量要求主要有收縮、徐變等。

3 混凝土收縮的性能與評價

收縮是混凝土的一個重要性能，混凝土收縮產生的應力，可使結構出現變形、裂縫，降低其強度和剛度。收縮還能使混凝土內部出現微裂縫，破壞混凝土微觀結構，降低混凝土耐久性能。對預應力混凝土結構，由于混凝土的收縮，會產生預應力損失等。混凝土因物理化學作用而產生的體積縮小現象稱為收縮。

3.1 混凝土的收縮性能

混凝土按產生收縮的原因可分為沉縮、化學(自)收縮、物理收縮和碳化收縮，其主要特征如下。

1)沉縮：混凝土澆筑成型后，固體顆粒下沉，水分上浮，混凝土表面產生泌水，混凝土體積減小。沉縮大的混凝土還會產生沉縮裂縫。沉縮與混凝土水膠比、拌合物稠度、凝結時間、澆筑部位等因素密切相關。

2)化學收縮：混凝土初凝后，在不與外界發生物質交換的條件下，由于膠凝材料繼續水化引起自干燥而造成混凝土體積減小，即自收縮。水泥的繼續水化是自收縮出現的根本原因，水膠比、水泥及礦物摻合料的組成、活性相細度、齡期等與自收縮密切相關。

3)物理收縮：混凝土在未飽和空氣中由于失水引起的體積減小，即干燥收縮。干燥收縮與水膠比、空氣濕度、試件尺寸等因素密切相關。

4)碳化收縮：由空氣中二氧化碳作用而引起的體積減小。在空氣相對濕度為正常的條件下，碳化收縮顯著。碳化作用伴隨著混凝土失重和收縮的同時增加。

3.2 混凝土收縮的評價

混凝土收縮試驗方法主要有非接觸法和接觸法2種。前者主要適用于測定早齡期混凝土的自由收縮變形，也可用于無約束狀態下混凝土自收縮變形的測量。后者適用于測定在無約束和規定的溫度、濕度條件下硬化混凝土試件的收縮變形性能。

4 混凝土的受壓徐變

混凝土在室溫下徐變是顯著的，受混凝土濕度變化的影響。預應力鋼筋混凝土徐變引起的尺寸變化，會造成預應力損失，還可能造成構件的徐變破壞。當然，最終的徐變破壞包括永久變形和斷裂。材料在持續荷載的作用下，隨時間增加的變形稱徐變。其顯著特點是變形與時間相關，徐變也即時間變形。

4.1 徐變與收縮的關系

徐變和收縮有不少相似和相關之處，兩者都包含很大比例的不可逆應變；如同收縮一樣，徐變主要反映了水泥石的一種特性，骨料在其中起著抑制收縮、抑制徐變的作用；有干縮發生時混凝土的徐變值會增大等。

4.2 徐變的組成

在徐變總量中有相當一部分徐變不可逆，而可逆部分也是隨時間逐漸恢復的，并非卸荷后馬上恢復。徐變由可恢復徐變和不可恢復徐變兩部分組成，前者為彈性變形，后者多為黏性流動。混凝土試件在受載后，這兩部分徐變的發展速度不同。恢復性徐變在加荷后2個月內趨于穩定，而非恢復徐變則在相當長的時間內仍然繼續增長。

試驗表明，在混凝土出現徐變的同時如果有干縮伴隨，混凝土徐變增大。相對濕度愈低，混凝土失水收縮愈大，徐變也愈大，這種由于干燥而增加的這部分徐變即干縮徐變。如果在加荷前使試件與周圍環境巳達到了濕度平衡，混凝土不再有干縮出現，環境濕度對徐變沒有影響，這種不受干縮影響的徐變即基本徐變。一般實際工程施工中混凝土的徐變由基本徐變和干縮徐變兩部分組成，但是這種區分在實踐中容易被忽視，就是忽視了干縮對徐變的影響。