混凝土主要因素的影响

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1、2.4龄期世界各国的钢筋混凝土结构设计规范，一般都取龄期t=28天 作为标定混凝土强度和其它性能指标的标准。如果结构早期受 力（包括施加预应力），应按实际龄期内混凝土达到的性能指 标进行验算。对于龄期超过28天后才承受全部荷载的结构，一 般将混凝土的后期强度作为结构的附加安全储备而不加利用。 某些工程，确因施工期很长，全部使用荷载施加上的时间很晚 ，或者某些特殊（如抗爆）结构，才考虑采用混凝土的后期强 度（如龄期t=90天的强度）作为设计标准。混凝土的强度和弹性模量等随其龄期的变化规律和增长幅度 受到许多因素的影响。比较重要的因素有：水泥的品种（普通 、早强水泥）和成分（硅酸盐、火山灰、矿渣）

2、、水泥的质量 （烧制程度、磨细度）、外加剂（速凝、缓凝剂）、养护条件 （天然、温湿、蒸汽养护）、环境的温度和湿度及其变化等。 此外，裸露在空气中的混凝土结构表面，因混凝土与二氧化碳 气的作用，使表层碳化，削弱了混凝土的耐久性。 混凝土抗压强度随龄期变化的数学描述，经验公式：1.抗压强度混凝土的抗压强度在一般情况下随龄期单调增长， 但增长速度渐减并趋向收敛。两种主要水泥制作的混 凝土试件，经过普通湿养护后，在不同龄期的强度变 化如表：混凝土抗压强度随龄期变化的数学描述，经验公式：式中 fc(t), fc(n)和fc(28)龄期为t、n和28天时的混凝土抗压强 度；a、b取决于水泥品种和养护条件的

3、参数。模式规范CEB-FIP MC90中，混凝土抗压强度随龄期增长的 计算式为：式中 s取决于水泥种类，普通水泥和快硬水泥取为0.25，快硬 高强水泥取为0.20.理论曲线见图，给出的混凝土 后期强度一般偏低，适合工程中 应用。混凝土在压应力持续作用下，应 变将随时间而增长，称为徐变。 当试件应力水平较低（0.8fc） 时， 经过长时间后变形的增长渐 趋收敛，达一极限值。若应力水 平很高（0.8fc），混凝土进入 不稳定裂缝发展期，试件的变形 增长不再收敛，在应力持续一定 时间后发生破坏，得到强度极限 线。可见，应力水平越低，发生破 坏的应力持续时间越长。荷载长 期持续作用，而混凝土不会破坏

4、的最高应力，称为长期抗压强度 ，一般取为0.80fc。2、弹性模量混凝土的弹性模量值随龄期(t/天)的增长变化如图： 模式规范CEB-FIP MC90采用了一个简单的计算式式中，Ec龄期t=28天时 的混凝土弹性模量;t-同前。混凝土的弹性模量和抗压强度随龄期的增长规律不同。弹性 模量Ec(t)在早期(t28天）增 加幅度较小。主要原因是混凝土中粗骨料的性能稳定，弹性模 量与龄期无关。2.5收缩搅拌成的流态混凝土，以及湿养护期的成形混凝土，因饱含 水分而体积基本不变以后混凝土在空气中逐渐硬化，水分散 发，体积发生收缩混凝土的长度收缩变形，在经历数十年后 一般可达（300600） 10-6，在不

5、利的条件下甚至可达（800 1000）10-6。但是，若将混凝土放人水中，体积会有所膨胀 ，最大的长度变形可达150 10-6。混凝土的收缩应变值超过其轴拉峰值应变(t,p)的35倍，成 为其内部微裂缝和外表宏观裂缝发展的主要原因。 一般结构在承受荷载之前就出现了裂缝，或者使用多年以后 外表龟裂。 混凝土的收缩变形加大了预应力损失，降低了构件的抗裂性 ，增大了构件的变形，并使构件的截面应力和超静定结构的内 力发生不同程度的重分布等。 这些都可能对实际结构产生不利影响，在设计和分析时应给 予必要的注意。混凝土在空气中凝固和硬化过程中，收缩变形是不可避免的。其主要原因是水泥水化生成物的体积小于原物

6、料的体积（化学性收缩，凝缩），以及水分蒸发 后骨料颗粒受毛细管压力的压缩（物理性收缩，干缩 ），与混凝土是否受力无关。此外，空气中二氧化碳和混凝土表层的碳化作用，也引起少量的局部收缩。这些原因也决定了混凝土的收缩是个长期过程。已有试验说明，收缩变形在混凝土开始干燥时发展较快 ，以后逐渐减慢，大部分收缩在龄期3个月内出现，但 龄期超过20年后收缩变形仍未终止。收缩变形随时间的发展如表。根据试验结果，水泥加水后的纯水泥浆凝固后的收 缩量很大，达(2 0003 000) 10-6。混凝土中的岩石骨 料收缩量极小，一般可予忽略。制成混凝土后，骨料 约束了水泥浆体的收缩，故混凝土的收缩量远小于水 泥浆体

7、的收缩。在此同时，混凝土内形成初始内应力 。影响混凝土收缩变形的主要因素有： 1.水泥的品种和用量 2.骨料的性质、粒径和含量 3.养护条件 4.使用期的环境条件 5.构件的形状和尺寸 6.其它因素配制混凝土时的各种添加剂、构件的配筋率、混凝土的受力 状态等在不同程度上影响收缩量。 混凝土的收缩变形，因为影响因素多，变化幅度大，一般难以 准确定量。对于普通的中小型构件，收缩变形能促生表面裂缝， 但引起的结构反应，一般不至于造成安全度的明显降低。所以， 在构件计算时可不考虑收缩的影响，只是采取一些附加构造措施 ，如增设钢筋或钢筋网作为补偿。一些重要的大型结构，需要有定量的混凝土收缩变形值进行结

8、构分析时，有条件的应进行混凝土试件的短期收缩试验，用测定 值推算其极限收缩值，或可按有关设计规范提供的公式和参数值 进行计算。式中：名义收缩系数（即极 限收缩变形）取为 sc取决于水泥种类，如 普通水泥和快硬水泥取5 ，快硬高强水泥取8；RH取决于环境的相 对湿度RH：模式规范CEB-FIP MC90中，计算混凝土收缩的适用范围为： 普通混凝土在正常温度下，湿养护不超过14天，暴露在平均温度 (530）和平均相对湿度RH=4050的环境。素混凝土 构件在未加载情况下的平均收缩（或膨胀）应变的计算式为：模型中考虑了5个主要因素对混凝土收缩变形的影响。 水泥种类（c）； 环境相对湿度(RH）； 构

9、件尺寸（2Acu)； 时间(t, ts) ； 混凝土的抗压强度（fc）。试验证明，混凝土强度值本身并不影响其收缩变形量。 只是因为混凝土中的水泥用量、水灰比、骨料状况、养护 条件等影响收缩的因素，在结构分析或设计时无法预先确 定，但它们都在不同程度上与混凝土强度有联系，计算式 中引入混凝土抗压强度作为间接地综合反映这些因素的影 响。按上述公式计算的混凝土收缩变形，随各主要因素的 变化规律和幅度如图。2.6徐变 2.6.1基本概念混凝土在应力作用下产生的变形，除了在龄期(to)时施加应力 后即时的起始应变cc(to)外，还在应力的持续作用下不断增大应 变cc (t,to)。后者称为徐变。混凝土的

10、徐变随时间而增大，但增长 率渐减，23年后变化已不大，最终的收缩值称为极限徐变cc (，to)试件在应力持续作用多 时后卸载至零(=0)，混凝 土有一即时的恢复变形ce ，或称弹性恢复。随时间 的延长，仍有少量滞后的 恢复变形缓缓出现，称为 弹性后效cr，或称徐变恢 复。但是，还保留相当数 量的残余变形re 。与徐变相平行的现象是松 弛。当混凝土在龄期(t0)时施 加应力(to)后产生应变c(to)。 此后，若保持此应变值不变， 混凝土的应力(t)必随时间的 延长而逐渐减小，就称应力松 弛或松弛。解释混凝土的徐变机理有多种理论观点，但都不能圆 满地说明所有的徐变现象。一般认为，混凝土在应力施

11、加后的起始变形，主要是骨料和水泥砂浆的弹性变形， 和微裂缝少量发展所构成。徐变则主要是水泥凝胶体的 塑性流（滑）动，以及骨料界面和砂浆内部微裂缝发展 的结果。内部水分的蒸发也产生附加的干缩徐变。与此 类似，混凝土卸载后的即时的和滞后的恢复变形，有着 相应而相反的作用。徐变变和松弛实际实际 上是材料随 时间时间 而异的变变形性质质的不同表 现现形式。两者的变变化规规律和影 响因素相同，并可互相转换转换 或 折算。混凝土在龄龄期t0时时的应应 力-应变应变 曲线线如图图若达到P点后维持应变c(t0)值不变，经 (tt0 )后应力将由(t0) 下降为(t)，应力松弛为PR=(to) (t)。另外，如

12、果在达到P点 后维持应力(t0)不变，在(tto）后得徐变PC=cc(t，to）。此时 若减小（恢复）混凝土的应变，其应力必将减小。当应变恢复至 c(to)时，其应力值为(t)，与R点重合。反之，也可以由应力松 弛点（R）推至徐变点(C)。混凝土的徐变和松弛现象，对结构工程产生不利的或 有利的形响。 混凝土的多年徐变可使：混凝土长期抗压强度降低约20；梁、板的挠度增大一倍；预应力结构的预应力损失50%,降低构件的抗裂性；构件的截面应力和结构的内力发生重分布等；在大体积水工结构中，徐变的出现降低了温度应力（即松弛），减少收缩裂缝；结构的局部应力集中区，徐变可调整应力分布等。这些影响对于结构的作用

13、有轻有重，应该区别情况给 于适当解决。式中: to 施加应力时的混凝土龄期t 计算所需应变的龄期；Ec(to)龄期to时的混凝土弹性模量值。结构混凝土在应力(t0)作用下、至龄期t时的总应变 为c(t,t0):由起始应变ci (t0)和徐变cc(t,t0)等两部分组 成：单单位应应力(1N/mm2）作用下的徐变值变值 称为为徐变变度或 单单位徐变变：单单位应应力作用下的极限徐变值变值 受到各种因素的影响而在很大 范围围内变变化：平均值值可取为为70 10-6(N/mm2)-1。 混凝土的徐变变和起始应变应变 的比值值称为为徐变变系数当徐变变收敛敛(t=)后的相应应比值值称为为名义义徐变变系数，

14、即徐变变 系数极限值值：当t0=28天，此比值为24。将上几式整理，得徐变变系数与单单位徐变变的关系式：混凝土的徐变增长可延续数十年，但大部分在前1-2年内出现 ，前36个月发展最快 混凝土经长期受力后卸载时的即时恢复变形小于加截时的起 始变形，滞后恢复变形约为徐变的 5%30%。两者之和为总恢 复变形，约与起始变形相等：2.6.2主要影响因寨影响混凝土徐变值和变化规律的主要 因素有：1、应力水平 混凝土承受的应力水 平(t0)fc (t0）越高，则起始应变越 大，随时间增长的徐变也越大。(t0)fc (t0）(0.40.6) ：在应力长期作用下混凝土的徐变有极 限值，且任何时间的徐变值约与应

15、力成正比，即单位徐变与应力 无关，称为线性徐变； (0.40.6) (t0)fc (t0)0.8：混凝土在高应力作用下，持续一段时间后因 徐变发散而发生破坏，故长期抗压强度约为0.8fc。2.加载时的龄期3.原材料和配合比 4.制作和养护条件5.使用期的环境条件6.构件的尺寸 2.6.3计算公式混凝土的徐变值，因为影响因素多，变化幅度大，试 验数据离散，所以不易精确地计算。我国的混凝土结构 设计规范中，对于计算构件的长期荷载下挠度、预应力 构件的预应力损失等，给出了综合的经验值或系数，供 一般工程应用。水工混凝土结构设计规范中，对于计算 大体积混凝土的温度作用，直接给出了混凝土的应力松 弛系数

16、。对于一些重要的和复杂的结构，需要作具体的徐变分 析时，要求有比较准确的混凝土徐变值，及其随龄期的 变化规律比较可靠的办法是用相同的混凝土制作试件 ，直接进行徐变试验和量测，或者用短期的量测数据推 算长期徐变值。在缺乏试验条件的情况下，一般采用拟 合已有试验数据的经验计算式。单单位徐变变的经验经验 式已有多种数学形式，例如式中参数A,B,C,F等取决于混凝土的材料和环境条件，由试验 数据标定。 模式规范CEB-FIP MC90建议的混凝土徐变系数计算公式如 下。其适用范围为：应力水平(t0)fc (t0) 0.4，暴露在平均温 度5 30和平均相对湿度RH40100%的环境中。混 凝土的徐变系数为混凝土的徐变系数为