混凝土收縮徐變效應影響因素分析

楊小冬 孟 江

(陜西省交通規劃設計研究院，陜西西安 710068)

0 引言

近年來，國內外眾多專家和學者對混凝土的收縮徐變進行了大量研究工作，并且取得了一批重要的研究成果。但是預計混凝土的收縮徐變和控制混凝土的收縮徐變是一個十分復雜的問題，國內外不乏因為混凝土的收縮、徐變影響結構使用壽命，甚至造成工程事故的例子。

CEB調查了大量混凝土懸臂梁橋的變形資料，部分橋梁在建造完成8年～10年后撓度仍有明顯的增長趨勢，這些橋梁的后期撓度增長均由混凝土的收縮徐變效應引起，所以研究混凝土收縮徐變對結構的影響非常重要。一般情況下，缺乏試驗資料時，混凝土收縮應變效應的分析更多的依賴于已經有的收縮徐變預測模型。

1 混凝土收縮徐變基本理論

1.1 收縮徐變機理

混凝土的收縮徐變是混凝土材料本身固有的特性，是對混凝土結構進行設計和計算的一個非常重要的內容。對于空間結構橋梁工程而言，計算混凝土的收縮徐變更加重要，而且要求更高。混凝土的收縮、徐變在橋梁的使用年限內一直存在，且收縮、徐變的大小與橋梁結構形式、構造截面組成方式以及施工方法等有密切關系。

混凝土的收縮是其在非荷載作用因素下體積變化而產生的變形。影響混凝土的收縮因素很多，變化幅度較大，一般難以準確定量。但對于重大的大型混凝土結構，需要對混凝土收縮變形值進行定量分析，在條件允許的情況下，進行混凝土試塊的短期收縮試驗，可以推斷其收縮變形極值，如果條件不允許，則按照相關設計規范提供的計算公式以及參數來進行計算。混凝土的收縮大小由收縮應變來反應，通常采用收縮應變終止于時間函數的乘積。

混凝土徐變是指在混凝土中應力保持不變的情況下混凝土的應變隨時間增長的現象。國內外對混凝土徐變的計算、分析存在很多不同的理論，選取的參數和考慮的因素也大不相同。對于混凝土的徐變大小，通常采用徐變系數來描述。

1.2 影響混凝土收縮徐變的主要因素

影響混凝土收縮、徐變性能的因素很多，而且各個影響因素之間也是互相作用的。在混凝土結構設計、施工及使用過程中所涉及的各因素都會對其產生影響。其主要影響因素為結構所處環境的相對濕度、混凝土成分和構件的理論厚度等因素。而徐變的影響因素可分為內部因素和外部因素兩類。內部因素主要指:水泥品種、水灰比、灰漿率、骨料、外加劑等;外部因素主要指:加荷齡期、加荷應力、持荷時間、環境溫度、濕度、試件截面尺寸和混凝土碳化程度等。

2 混凝土收縮徐變效應主要影響因素分析

2.1 理論厚度計算模式

混凝土構件與大氣接觸的濕周周長是影響理論厚度的重要參數。以預應力混凝土T構為例，根據不同的施工階段使用不同的計算模型。當橋梁合龍后，箱梁閉合室內的空氣相對濕度變化較小，導致箱梁閉合室內表面混凝土與其所接觸空氣間的水分交換速率有所減小，因此，在計算其理論厚度時計算公式中的表面周長應有所折減，與合龍前應該有區別。當橋面鋪裝層施工完后，箱梁頂板外表面與空氣間幾乎不存在水分的交換，這樣其理論厚度發生了顯著的變化，因此，對于大跨度橋梁合龍前和合龍后，所采用的理論厚度計算式見表1。

表1 箱梁理論厚度計算公式

在三種不同的理論厚度計算模式下，采用JTG D62-2004模型計算的混凝土收縮應變和徐變系數如圖1所示。

可以看出，構件理論厚度對混凝土收縮應變比較敏感，A模式比C模式的收縮應變終值大30%左右;而徐變系數對構件理論厚度敏感度較小。因而，徐變系數和收縮應變隨構件與大氣接觸周長增加而增大。

2.2 加荷齡期

加荷齡期是影響混凝土收縮徐變效應的一個重要因素，對同樣截面的混凝土梁(各參數如前所述)的徐變系數和收縮應變采用JTG D62-2004模型進行計算，加荷齡期分別取為3 d，7 d，10 d，14 d，28 d，分析結果如圖2所示。

混凝土的收縮與水灰比、溫度、濕度、集料、水灰比、配筋等因素相關，與外荷載施加無關。而混凝土的徐變效應隨著加荷齡期的增加而減小，當加荷齡期由3 d增加到28 d時，混凝土徐變效應終值減小80%左右。

2.3 相對濕度

在JTG D62-2004模型中已考慮了環境平均相對濕度的影響，對同樣截面的混凝土梁(各參數如前所述)的徐變系數和收縮應變進行計算，相對濕度分別取為50%，60%，70%，80%，分析結果如圖3所示。

圖1 不同濕周計算模式對混凝土收縮徐變效應影響

圖2 不同加載齡期對混凝土收縮徐變效應影響

圖3 中可以看出，模型對環境平均相對濕度比較敏感，當環境平均相對濕度從50%升至80%時，徐變系數減小近30%，而收縮應變減小達50%。相比較而言，環境相對濕度變化對混凝土收縮效應較徐變效應更大。

圖3 不同相對濕度對混凝土收縮徐變效應影響

3 結語

1)構件理論厚度對混凝土收縮應變比較敏感，而徐變系數對構件理論厚度敏感度較小。因而，徐變系數和收縮應變隨構件與大氣接觸周長增加而增大。

2)混凝土的收縮與水灰比、溫度、濕度、集料、水灰比、配筋等因素相關，與外荷載施加無關。而混凝土的徐變效應隨著加荷齡期的增加而減小，當加荷齡期由3 d增加到28 d時，混凝土的徐變效應終值減小80%左右。

3)收縮徐變效應對環境平均相對濕度比較敏感，當環境平均相對濕度從50%升至80%時，徐變系數減小近30%，而收縮應變減小達50%。相比較而言，環境相對濕度變化對混凝土收縮效應較徐變效應更大。

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