混凝土齡期、收縮、徐變的研究進展及工程應用

1、混凝土齡期、收縮、徐變的研究進展及工程應用主 講 內 容l 混凝土齡期的相關研究l 混凝土收縮和徐變的相關研究l 工程應用1.混凝土齡期的相關研究混凝土齡期的相關研究l混凝土中的主要膠結材料是水泥，水泥顆粒的水化作用從表層逐漸深入內部，是一個長達數(shù)十年的緩慢過程。隨著混凝土齡期的隨著混凝土齡期的增長，水泥的水化作用日漸充分，混凝土的成熟度逐漸提高，其增長，水泥的水化作用日漸充分，混凝土的成熟度逐漸提高，其強度、彈性模量、極限拉伸及絕熱溫升等均隨著齡期的延長而逐強度、彈性模量、極限拉伸及絕熱溫升等均隨著齡期的延長而逐漸增長，最終將趨于定值。漸增長，最終將趨于定值。養(yǎng)護3d養(yǎng)護28d1.混凝土齡期

2、的相關研究混凝土齡期的相關研究l簡要介紹：朱伯芳院士提出的簡要介紹：朱伯芳院士提出的“半熟齡期半熟齡期” 定義混凝土強度、彈性模量、極限拉伸及絕熱溫升達到最終值的定義混凝土強度、彈性模量、極限拉伸及絕熱溫升達到最終值的一半時的齡期為半熟齡期，半熟齡期越小，表明該混凝土成熟得一半時的齡期為半熟齡期，半熟齡期越小，表明該混凝土成熟得越快。越快。 不同的結構對于半熟齡期的要求是不同的。不同的結構對于半熟齡期的要求是不同的。工業(yè)與民用建筑，如建成后不久即可能承受較大荷載，其半熟齡期不能太大；相反,對于水壩等大體積的混凝土結構,承受全部荷載時,混凝土齡期一般較大,強度沒有問題，但這類結構有溫控防裂要求,

3、無論是通過混凝土表面的天然散熱，還是利用埋設于混凝土內部水管的人工冷卻,它們發(fā)揮作用都需要一定的時間,如果混凝土絕熱溫升的半熟齡期太小,混凝土溫度上升太快,散熱和冷卻措施還沒有充分發(fā)揮作用,混凝土就已達到最高溫度,當最終降到穩(wěn)定溫度時,就會產生較大的拉應力, 甚至引起裂縫。半熟齡期半熟齡期l得到混凝土性能試驗結果后，以齡期為橫坐標，性能為縱坐標，作一曲線通過各試驗點，不難用作圖法求出半熟齡期。注：因為混凝土各性能是不統(tǒng)一的，因此強度、彈性模量、極限拉伸和絕熱溫升都各自對應著一個半熟齡期，所以在具體問題中，我們必須著手于研究的對象而選定需要的半熟齡期。半熟齡期半熟齡期改變混凝土半熟齡期的途徑l改

4、變水泥礦物成分與水泥細度改變水泥礦物成分與水泥細度 硅酸三鈣的水化速率快，水化熱和強度發(fā)展都較快，適用于半熟齡期小的要求；水泥細度越細，水化反應進行得越快。l采用混合材料與外加劑采用混合材料與外加劑 我國在摻用粉煤灰方面做過大量工作，摻用粉煤灰在保證后期強度不變的條件下，可以降低水泥用量及水化熱的上升速度，延長混凝土的半熟齡期。2.混凝土收縮和徐變的相關研究混凝土收縮和徐變的相關研究l一種被普遍接受的意見是混凝土的收縮、徐變特性是由一些共同的基本因素所決定的。 l事實上, 徐變是在應力作用之下產生的，而收縮的產生則與應力無關。收縮、徐變雖各有自身的特點, 但它們都可以與混凝土內的水化水泥漿的特

5、性聯(lián)系起來。 由化學成分截然不同的水泥所制造的混凝土的收縮 、徐變性能并沒有本質上的差異。這說明收縮、徐變的機理主要主要取決于混凝土水化水泥漿的物理結構, 而不是其化學成分。2.混凝土收縮和徐變的相關研究混凝土收縮和徐變的相關研究l預測和控制混凝土的收縮和徐變及其對結構性能的影響至今仍是十分復雜又難以獲得精確答案的問題。隨著研究的不斷深入，混凝土收縮和徐變的各種預測模型不斷被提出和更新。l主要介紹：主要介紹：CEB-FIP（1990）模型）模型 ACI模型模型 CEB-FIP（1990）模型）模型適用范圍適用范圍l徐變系數(shù)的計算公式適用范圍：應力水平f0.4，暴露在平均溫度530，平均相對濕度

6、RH為40100的環(huán)境中。l收縮計算公式適用范圍：普通混凝土在正常溫度下，濕養(yǎng)護不超過14d，暴露在平均溫度530和平均相對濕度RH為4050的環(huán)境中。CEB-FIP（1990）模型）模型徐變函數(shù)徐變函數(shù)徐變系數(shù)徐變系數(shù)抗壓強度的參數(shù)抗壓強度的參數(shù)加載齡期的參數(shù)加載齡期的參數(shù)相對濕度的參數(shù)相對濕度的參數(shù)CEB-FIP（1990）模型）模型CEB-FIP（1990）模型）模型ACI模型模型ACI模型模型l收縮應變表達式為：式中 為應變終值。max()shCEB-FIP(1990)模型模型ACI模型模型 包括這兩個模型以及其他研究提出的模型，基基本上都是建立在實驗室試驗數(shù)據(jù)基礎上的經驗本上都是建立

7、在實驗室試驗數(shù)據(jù)基礎上的經驗公式公式，由于實驗室特定條件的局限或研究者側重點的不同，不同模型所考慮的影響因素也不盡相同，以這些結果作為依據(jù)確定的混凝土收縮徐變模型能否直接應用于實際工程結構的分析，須進一步審視。3.工程應用工程應用l現(xiàn)今各國的鋼筋混凝土結構設計規(guī)范，一般都取齡期t=28d作為標定混凝土強度和其他性能指標的標準。l如果結構早期受力（包括施加預應力）應按實際齡期內混凝土達到的性能指標進行驗算。對于齡期超過28d后才承受全部荷載的結構，一般將混凝土的后期強度作為結構的附加安全儲備而不加利用。l某些工程確因施工期很長，全部使用荷載施加上的時間很晚，或某些特殊（如抗爆）結構，才考慮采用混

8、凝土的后期強度作為設計標準。3.工程應用工程應用l在橋梁工程實踐中，已有學者利用按齡期調整的有效在橋梁工程實踐中，已有學者利用按齡期調整的有效模量代替混凝土彈性模量，用解彈性問題的方法來求模量代替混凝土彈性模量，用解彈性問題的方法來求解橋梁混凝土結構的徐變問題。解橋梁混凝土結構的徐變問題。l大致步驟和方法如下：劃分結構單元和計算時間。將施工開始到竣工后收縮徐變完成的過程劃分為若干階段，每一個階段劃又分為若干時間間隔。以施工階段的起始時間、結構體系轉換的時間、加載或卸載的時刻作為各階段與時間間隔的分界點。將各階段的已成結構劃分成若干個梁單元，使每個單元的混凝土具有相同的收縮、徐變特性。單元之間通

9、過節(jié)點連接，假定節(jié)點位于相鄰單元接觸面的重心軸上。3.工程應用工程應用在靜定結構階段，如在合龍前的懸臂施工階段，徐變、收縮只產生變形增量而不產生內力增量，即徐變次內力為零。在體系轉化后，計算第 i 個時間間隔。并可求出已成結構全部單元在第 i 個時間間隔內，由收縮、徐變產生的節(jié)點力增量與節(jié)點位移增量。將上述增量分別加到該時間間隔開始時有關的節(jié)點力與節(jié)點位移上，即可得出該時間間隔終了時各單元的節(jié)點力和節(jié)點位移的狀態(tài)。3.工程應用工程應用l收縮和徐變可對結構的內力和變形等產生不利影響，尤其對于采用懸臂澆筑的大跨度預應力混凝土箱梁橋而言，收縮徐變對主梁線形和內力的影響更大。實際工程中常發(fā)生成橋后由于

10、混凝土收縮、徐變而引起的跨中下?lián)?、預應力損失過大以及腹板開裂等問題。3.工程應用工程應用l有學者以衡昆高速公路沿線兩座大跨預應力混凝土箱衡昆高速公路沿線兩座大跨預應力混凝土箱梁橋梁橋為依托，基于施工過程及成橋后較長時間內對結構反應的系統(tǒng)觀測，研究處于自然環(huán)境中實際結構在混凝土收縮徐變作用下的真實反應，為混凝土箱梁橋的收縮徐變問題提供參考。衡陽東陽渡湘江大橋（主跨衡陽東陽渡湘江大橋（主跨150m的預應力混凝土連續(xù)梁橋）的預應力混凝土連續(xù)梁橋）祁陽白水湘江大橋（主跨祁陽白水湘江大橋（主跨120m的預應力混凝土連續(xù)剛構橋）的預應力混凝土連續(xù)剛構橋）3.工程應用工程應用l測試內容包括橋址環(huán)境溫度場、混

11、凝土箱梁溫度、各控制截面應變變化和撓度變化。l施工過程中，對主要工況下的應變變化進行了測試，成橋后對橋梁進行了為期3年的跟蹤觀測，測試時長接近1500天。3.工程應用工程應用現(xiàn)象l不論是連續(xù)梁橋還是連續(xù)剛構橋,，其箱梁混凝土應變發(fā)展規(guī)律均有一個共同點,，即箱梁上、下緣應變發(fā)展箱梁上、下緣應變發(fā)展規(guī)律不盡相同規(guī)律不盡相同， 特別是對于箱梁頂、底板厚度相差較大的根部截面，上緣應變在成橋后的 23 年內基本趨于穩(wěn)定，下緣應變仍具有一定的增長趨勢，而對于跨而對于跨中截面和合龍段截面，上、下緣應變發(fā)展趨勢基本相中截面和合龍段截面，上、下緣應變發(fā)展趨勢基本相同。同。l撓度隨時間均有所增長，但增長趨勢明顯減緩。3.工程應用工程應用對于箱梁頂、底板厚度相差較大的根部截面 （1）在施工過程中, 混凝土箱梁頂板會直接受到日照的作用, 使得其內的混凝土溫度要明顯高于底板混凝土溫度, 造成頂板混凝土的收縮速率和干燥徐變速率要高于底板混凝土； （2）箱梁根部截面頂、底板配筋率有所不同, 頂板內的普通鋼筋和預應力鋼筋較為密集, 特別是成橋后, 箱梁根部截面頂板內的預應力鋼筋較多, 抑制了其內混凝土的收縮徐變的發(fā)展； （3）箱梁根部截面上、下緣的初始應力大小和施工過程中的應力變化不同, 一般情況下上緣所受到的壓應力要小于下緣的壓應力。3.工程應用工