混凝土齡期、收縮、徐變的研究進(jìn)展及工程應(yīng)用

1、混凝土齡期、收縮、徐變的研究進(jìn)展及工程應(yīng)用主 講 內(nèi) 容l 混凝土齡期的相關(guān)研究l 混凝土收縮和徐變的相關(guān)研究l 工程應(yīng)用1.混凝土齡期的相關(guān)研究混凝土齡期的相關(guān)研究l混凝土中的主要膠結(jié)材料是水泥，水泥顆粒的水化作用從表層逐漸深入內(nèi)部，是一個(gè)長達(dá)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(qiáng)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(qiáng)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(hù)3d養(yǎng)護(hù)28d1.混凝土齡期

2、的相關(guān)研究混凝土齡期的相關(guān)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(qiáng)度、彈性模量、極限拉伸及絕熱溫升達(dá)到最終值的定義混凝土強(qiáng)度、彈性模量、極限拉伸及絕熱溫升達(dá)到最終值的一半時(shí)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(shí)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(jié)構(gòu)對于半熟齡期的要求是不同的。不同的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),承受全部荷載時(shí),混凝土齡期一般較大,強(qiáng)度沒有問題，但這類結(jié)構(gòu)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(shè)于混凝土內(nèi)部水管的人工冷卻,它們發(fā)揮作用都需要一定的時(shí)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(dá)到最高溫度,當(dāng)最終降到穩(wěn)定溫度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)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(yàn)結(jié)果后，以齡期為橫坐標(biāo)，性能為縱坐標(biāo)，作一曲線通過各試驗(yàn)點(diǎn)，不難用作圖法求出半熟齡期。注：因?yàn)榛炷粮餍阅苁遣唤y(tǒng)一的，因此強(qiáng)度、彈性模量、極限拉伸和絕熱溫升都各自對應(yīng)著一個(gè)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(xì)度改變水泥礦物成分與水泥細(xì)度 硅酸三鈣的水化速率快，水化熱和強(qiáng)度發(fā)展都較快，適用于半熟齡期小的要求；水泥細(xì)度越細(xì)，水化反應(yīng)進(jìn)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(qiáng)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(guān)研究混凝土收縮和徐變的相關(guān)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(shí)上, 徐變是在應(yīng)力作用之下產(chǎn)生的，而收縮的產(chǎn)生則與應(yīng)力無關(guān)。收縮、徐變雖各有自身的特點(diǎn), 但它們都可以與混凝土內(nèi)的水化水泥漿的特

5、性聯(lián)系起來。 由化學(xué)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(zhì)上的差異。這說明收縮、徐變的機(jī)理主要主要取決于混凝土水化水泥漿的物理結(jié)構(gòu), 而不是其化學(xué)成分。2.混凝土收縮和徐變的相關(guān)研究混凝土收縮和徐變的相關(guān)研究l預(yù)測和控制混凝土的收縮和徐變及其對結(jié)構(gòu)性能的影響至今仍是十分復(fù)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(yù)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(jì)算公式適用范圍：應(yīng)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(jì)算公式適用范圍：普通混凝土在正常溫度下，濕養(yǎng)護(hù)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(qiáng)度的參數(shù)抗壓強(qiáng)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(yīng)變表達(dá)式為：式中 為應(yīng)變終值。max()shCEB-FIP(1990)模型模型ACI模型模型 包括這兩個(gè)模型以及其他研究提出的模型，基基本上都是建立在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)本上都是建立

7、在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)公式公式，由于實(shí)驗(yàn)室特定條件的局限或研究者側(cè)重點(diǎn)的不同，不同模型所考慮的影響因素也不盡相同，以這些結(jié)果作為依據(jù)確定的混凝土收縮徐變模型能否直接應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的分析，須進(jìn)一步審視。3.工程應(yīng)用工程應(yīng)用l現(xiàn)今各國的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，一般都取齡期t=28d作為標(biāo)定混凝土強(qiáng)度和其他性能指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。l如果結(jié)構(gòu)早期受力（包括施加預(yù)應(yīng)力）應(yīng)按實(shí)際齡期內(nèi)混凝土達(dá)到的性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算。對于齡期超過28d后才承受全部荷載的結(jié)構(gòu)，一般將混凝土的后期強(qiáng)度作為結(jié)構(gòu)的附加安全儲(chǔ)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(shí)間很晚，或某些特殊（如抗爆）結(jié)構(gòu)，才考慮采用混

8、凝土的后期強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。3.工程應(yīng)用工程應(yīng)用l在橋梁工程實(shí)踐中，已有學(xué)者利用按齡期調(diào)整的有效在橋梁工程實(shí)踐中，已有學(xué)者利用按齡期調(diào)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(jié)構(gòu)的徐變問題。解橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的徐變問題。l大致步驟和方法如下：劃分結(jié)構(gòu)單元和計(jì)算時(shí)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(gè)階段劃又分為若干時(shí)間間隔。以施工階段的起始時(shí)間、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的時(shí)間、加載或卸載的時(shí)刻作為各階段與時(shí)間間隔的分界點(diǎn)。將各階段的已成結(jié)構(gòu)劃分成若干個(gè)梁單元，使每個(gè)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(diǎn)連接，假定節(jié)點(diǎn)位于相鄰單元接觸面的重心軸上。3.工程應(yīng)用工程應(yīng)用在靜定結(jié)構(gòu)階段，如在合龍前的懸臂施工階段，徐變、收縮只產(chǎn)生變形增量而不產(chǎn)生內(nèi)力增量，即徐變次內(nèi)力為零。在體系轉(zhuǎn)化后，計(jì)算第 i 個(gè)時(shí)間間隔。并可求出已成結(jié)構(gòu)全部單元在第 i 個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，由收縮、徐變產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)力增量與節(jié)點(diǎn)位移增量。將上述增量分別加到該時(shí)間間隔開始時(shí)有關(guān)的節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移上，即可得出該時(shí)間間隔終了時(shí)各單元的節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移的狀態(tài)。3.工程應(yīng)用工程應(yīng)用l收縮和徐變可對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形等產(chǎn)生不利影響，尤其對于采用懸臂澆筑的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋而言，收縮徐變對主梁線形和內(nèi)力的影響更大。實(shí)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(yù)應(yīng)力損失過大以及腹板開裂等問題。3.工程應(yīng)用工程應(yīng)用l有學(xué)者以衡昆高速公路沿線兩座大跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱衡昆高速公路沿線兩座大跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋梁橋?yàn)橐劳?，基于施工過程及成橋后較長時(shí)間內(nèi)對結(jié)構(gòu)反應(yīng)的系統(tǒng)觀測，研究處于自然環(huán)境中實(shí)際結(jié)構(gòu)在混凝土收縮徐變作用下的真實(shí)反應(yīng)，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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋）的預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋）的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋）3.工程應(yīng)用工程應(yīng)用l測試內(nèi)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(yīng)變變化和撓度變化。l施工過程中，對主要工況下的應(yīng)變變化進(jìn)行了測試，成橋后對橋梁進(jìn)行了為期3年的跟蹤觀測，測試時(shí)長接近1500天。3.工程應(yīng)用工程應(yīng)用現(xiàn)象l不論是連續(xù)梁橋還是連續(xù)剛構(gòu)橋,，其箱梁混凝土應(yīng)變發(fā)展規(guī)律均有一個(gè)共同點(diǎn),，即箱梁上、下緣應(yīng)變發(fā)展箱梁上、下緣應(yīng)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(yīng)變在成橋后的 23 年內(nèi)基本趨于穩(wěn)定，下緣應(yīng)變?nèi)跃哂幸欢ǖ脑鲩L趨勢，而對于跨而對于跨中截面和合龍段截面，上、下緣應(yīng)變發(fā)展趨勢基本相中截面和合龍段截面，上、下緣應(yīng)變發(fā)展趨勢基本相同。同。l撓度隨時(shí)間均有所增長，但增長趨勢明顯減緩。3.工程應(yīng)用工程應(yīng)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(huì)直接受到日照的作用, 使得其內(nèi)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(nèi)的普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋較為密集, 特別是成橋后, 箱梁根部截面頂板內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼筋較多, 抑制了其內(nèi)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(yīng)力大小和施工過程中的應(yīng)力變化不同, 一般情況下上緣所受到的壓應(yīng)力要小于下緣的壓應(yīng)力。3.工程應(yīng)用工