混凝土收縮徐變影響因素及對結構影響分析

文 / 上饒市鉛山公路事業發展中心 胡欽

引言

一直以來，國內外許多專家、學者針對混凝土進行收縮徐變等問題開展了長期的科學研究和實踐工作，并已經取得了一批重要的研究成果。但是如何有效地預計和監督控制混凝土的收縮和徐變及其對于結構材料各種機械性能的影響還是一個極其復雜且難以解決的問題，國內外也不乏由于混凝土的收縮和徐變而嚴重影響到整個建筑結構的使用壽命、甚至可能會導致工程安全事故的例子。

盡管對混凝土的收縮和徐變已經進行了幾十年的實踐和研究，認識在不斷提高，收縮和徐變對結構的影響分析、計算理論和方法在不斷發展，但是預計和控制混凝土的收縮和徐變及其對結構物性能的影響仍然是十分復雜而又難以獲得精確答案的問題。國內外不乏橋梁工程因為混凝土的徐變引起梁體撓度過大而出現質量問題、甚至坍塌的實例。

混凝土收縮徐變基本理論

混凝土的收縮機理有自收縮、干燥收縮、化學減縮、塑性收縮、碳化收縮、溫度收縮等。

導致混凝土徐變的原因較為復雜，主要可認為與水泥膠漿體、水泥膠凝體對混凝土微觀組成的影響，以及由于局部發生微裂、結晶破壞以及重新結晶與新的聯結而產生的永久變形等有關。混凝土徐變會增加結構變形并導致附加應力，對結構的受力影響較為明顯，因此應予以充分重視。

混凝土的徐變性就是指混凝土中的保持在一定范圍內，并且隨著時間的推移而保持恒定。國內外針對混凝土徐變的分析仍然存在著各種差異性的理論，所要考慮到的具體影響因素也與之大不相同，并且都采用了不同的計算方法。對于鋼筋混凝土徐變程度的大小，通?？梢圆捎孟冗M的徐變系數方法來加以描述。

混凝土收縮徐變的影響因素

現有文獻表明收縮變形較大的混凝土構件通常徐變也較大。因此，一般認為混凝土的一些基本因素共同影響了混凝土收縮和徐變。同時收縮和徐變又具有各自的特性，影響混凝土構件的收縮和徐變的因素不完全相同。

影響鋼筋混凝土的收縮徐變性能的因素非常多，在鋼筋混凝土材料制品的設計生產制造和安裝使用的整個工藝流程中所受到的各種影響因素也都會直接對其產生一定的影響。

影響混凝土收縮的主要因素是由于結構本身所處環境的相對濕度，混凝土的組成以及構件的理論厚度。而影響徐變的因子又可以劃分為內部因子與外部因子兩類。內部影響因素主要是指:水泥的品種、骨料、水灰比、水泥材質用量、水灰漿利用率、外加劑等；外部條件因素主要是指：加荷年限、環境溫度和空氣濕度、持荷時間、加荷應力、試件大小、碳化等。

水泥品種對混凝土收縮徐變的影響

一般來說，水泥的組成材料及其品種或化學成分組成中的物質對于鋼筋混凝土的收縮沒有太多的直接影響，但是經過膨脹后的鋼筋水泥卻可以很好地有效減少混凝上的過度收縮。再次，水泥的主要結構組成成份對于鋼筋混凝土干燥自生膨脹收縮的直接影響就遠遠地要大于對干燥自生收縮的直接影響。

水泥的不同品種對于控制混凝土徐變的重要性，在于它們對各種混凝土基體進行壓力加載后的過程對其中的壓力強度改變有著不同的程度影響。而且當不同加載時的工作時間年限、應力以及其它加載條件不同時，導致改性混凝土中的改性水泥漿也會直接造成徐變。

骨料對混凝土收縮徐變的影響

骨料的等級品質對再生混凝土的收縮徐變性能起到了決定性的作用，不同等級的骨料所構成的再生混凝土在收縮與徐變的性能上也具有較大的差異性。

混凝土收縮徐變受骨料影響主要有以下兩個方面：第一是骨料的吸水率，第二則是骨料的剛度。對于混凝土收縮，水泥漿對其影響很大，而水泥漿中的骨料控制著水泥漿的性能。

骨料等級越高的再生混凝土在收縮徐變性能方面越好，而低等級骨料再生混凝土在收縮徐變性能方面則表現較差。對目前國家標準中不同等級的骨料再生混凝土的收縮與徐變的性能進行深入地分析與把握，可以加深對再生混凝土的理解，優化對再生混凝土的利用。

含水量對混凝土收縮徐變的影響

含水率對于建筑水泥混凝膠體和鋼筋混凝土干燥和膨脹收縮過程都有很大的影響。當每方量鋼筋混凝土工程中的各種水泥填料使用量都相同時，水灰比的值越大則其膨脹收縮就越大。不同種類的水泥，并不會對混凝土產生徐變有所影響，但應用水泥時，其中的含水量會影響水含量當中的潔晶程度。

養護及使用條件下的溫度和濕度對混凝土收縮徐變的影響

對水泥混凝土采用低溫蒸汽法進行養護或者是高壓蒸汽法進行養護，這樣就有利于控制水泥混凝土水化過程中的濕度與溫度，促進了混凝土強度的增長和水泥砼凝膠體密實性的提升。因而，蒸汽養護或者是高壓蒸汽養護都可以在一定程度上降低了收縮，并且這樣就有利于徐變。

養護過程中，溫度高、濕率大、水泥漿的水化效果充分，徐變就小，采用蒸汽養護可使徐變減小約20%～35%。當構件受荷時，溫度和相對濕率就可能會愈來越高，則徐變也變得更加嚴重。

配筋時混凝土收縮徐變的影響

鋼筋在控制混凝土發生變形中具有約束性，從理論上說就是減少了混凝土發生的收縮徐變。但到目前為止，絕大多數的收縮徐變試驗均未能充分考慮到對配筋的影響。

混凝土的收縮和徐變都具有時變性，配筋混凝土的收縮徐變比素混凝土的收縮徐變更為復雜?；炷恋氖湛s徐變造成混凝土和鋼筋的內力重分布也是一個時變過程，混凝土應力的變化反過來又影響徐變的發展，兩者相互耦合，并且由收縮導致的內應力將進一步影響徐變變形。

加載齡期對混凝土徐變的影響

影響混凝土徐變的因素眾多，加之現代混凝土生產工藝、材料組成等諸多變化，有關高性能混凝土徐變，尤其是齡期徐變的研究目前還處于起步階段，現有大多數的徐變研究仍偏向于研究硬化混凝土的壓縮徐變，對于拉伸徐變尤其是早齡期的拉伸徐變，研究甚少。此外，以往關于加載齡期對拉伸徐變的影響，往往局限于單一的溫度，對于不同養護溫度條件下加載齡期對于徐變發展的影響在現有文獻中鮮有提及。

混凝土收縮和徐變對結構的影響以及措施對結構構件的影響

收縮和徐變對于鋼筋混凝土及其應力收縮狀況、變形結構特征及其性能和內部裂縫的變形控制等均有很大的重要影響，由于鋼筋混凝土的應力收縮徐變導致的巨大應力，不但可以直接促使鋼筋混凝土主體結構內部基層產生較大變形、裂縫，從而大大減少其主體強度和結構剛度，而且它還可以直接促使鋼筋混凝土內部基層發生微小的裂縫，破壞了鋼筋混凝土的內部微觀主體結構，降低了鋼筋混凝土保護層和砼的強度及砼的耐久性。

減少收縮和徐變的措施

為了減小鋼筋混凝土在結構中的收縮和徐變而產生的不利作用，總結工程中有如下措施：

（1）嚴格控制鋼筋混凝土的水灰比。由于鋼筋混凝土中的徐變主要來源于水泥砂漿的快速流動。水灰比也是直接影響鋼筋混凝土徐變的一個重要因素。由于水灰比大的鋼筋混凝土，水泥顆粒的間距較大、空隙較多，毛細管的孔徑較多，所以徐變性較大。但是當水泥使用量保持不變，混凝土的徐變就會隨著水灰比的提高而逐漸增大。

（2）增加骨料體積的含量，通常我們認為在鋼筋混凝土中骨料屬于惰性，在高荷載的作用下僅會產生一定的彈性和變形。所以徐變主要是由于水泥砂漿造成，然而骨料的留置對于混凝土發生變形具有良好的制約作用。

（3）減少減水劑的使用，使用減水劑可以直接讓鋼筋水泥的砂漿顆粒較為分散且更加容易被水化，產生了更多的鋼筋水泥混凝漿體，而水灰比與灰漿率卻沒有因此發生任何大的變化，所以這就可能會直接導致一些鋼筋混凝土的收縮徐變的幅度逐漸增大。因此要盡量減少減水劑的使用。

結論

混凝土的收縮、徐變作為混凝土結構構件伴隨著時間推移發生的最常見的現象，對混凝土構件的使用性能有著重要影響。

欲意消除混凝土的收縮徐變對結構的負面影響是不現實的，只能在結構的設計階段考慮結構可能會出現的各種不利的影響，并進行合理的設計，預留足夠的安全儲備，使結構在施工和使用的各個階段能夠確保足夠安全。

當然合理的設計也是基于對混凝土的收縮徐變的性質和影響有足夠的理解，才能在足夠安全的前提下達到一定的經濟效益。