混凝土的变形-耐久性.docx

第三节混凝土的变形性能混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载作用下变形又包括：化学收缩、塑性收缩、干湿变形、温度变形；荷载作用下变形包括：短期变形和长期变形。混凝土在非荷载作用下的变形1 ,化学收缩在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反响物（水和水泥）的体积，会引起混凝土产生收缩，称为化学收缩。其收缩量随混凝土龄期的延长而增加，大致与时间的对数成正比。一般在混凝土成型后40d内收缩量增加较快，以后逐渐趋向稳定。这种收缩不可恢复，化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。2 .塑性收缩混凝土成型后尚未凝结硬化时属于塑性阶段，在此阶段往往由于外表失水而产生收缩，称塑性收缩。新拌混凝土假设外表失水速率超过内部水分向外表迁移的速率时，会造成毛细管内部产生负压，因而使浆体中固体粒子间产生一定的引力，便产生了收缩。如果引力不均匀作用于混凝土外表，那么外表将产生裂纹。预防塑性收缩的方法是降低混凝土外表失水速率、采取防风、降温等措施。最有效的方法是凝结硬化前保持外表的润湿，如在外表覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。3 .干湿变形图7 - 28滋凝土的温胀干缩变形主要取决于周围环境湿度的变形，表现为干湿缩胀。干缩对混凝土影响很大，应予以特别注意。混凝土处于枯燥环境时，首先发生毛细管的游离水蒸发，使毛细管内形成负压，随着空气湿度的降低，负压随之增加，产生收缩力，导致混凝土整体收缩。当毛细管内水蒸发完后，假设继续枯燥，还会使吸附在胶体颗粒上的水蒸发。由于分子引力的作用，粒子间距离小，引起胶体收缩，称这种收缩为枯燥收缩。混凝土干缩变形是由表及里逐渐进行的，因而会产生外表收缩大，内部收缩小，导致混凝土外表受到拉力作用。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土外表就会产生裂缝。此外，混凝土在干缩过程中，骨料并不产生收缩,因而在骨料与水泥石界面上也会产生微裂纹，裂纹的存在，会对混凝土强度,耐久性产生有害作用。影响因素有：水泥用量、品种、细度；水灰比；骨料的质量；养护条件。 水泥品种：P.P和P.S水泥枯燥收缩大； 水泥细度：水泥细度越大，枯燥收缩越大； 水泥用量：用量越大，枯燥收缩越大； 水灰（胶）比：w/corw/B越大，干缩大，但水胶比过小，自收缩大; 骨料质量：级配好，杂质含量，针片状颗粒含量少，干缩小。 养护条件：湿度越高，湿养时间越长，干缩小。4.温度变形热胀冷缩的性质，称为温度变形。在一般温度变化范围内，混凝土长度的变化，可以用下式求出：L=«Lt（式44）a一为混凝土温度变形系数，一般为LOX10一5/c。温度变形对大体积混凝土工程极为不利，这是因为在混凝土硬化初期，由于水泥水化放出较多的热量，混凝土又是热的不良导体，散热速度慢，聚集在混凝土内部的热量使温度升高，有时可到达5070。造成内部膨胀和外部收缩互相制约，混凝土外表将产生很大的拉应力，严重时使混凝土产生开裂，所以大体积混凝土施工时，必须尽量设法减少内外温度差。一方面可采用低热水泥减少水泥用量，降低内部发热量；另一方面，加强外部混凝土保温措施，使降温不至于过快，当内部温度开始下降时，又要注意及时调整外部降温速度，可洒水散热。在纵长的钢筋混凝土结构物中，每隔一段长度，应设置温度伸缩缝及温度钢筋，以减少温度变形造成的危害。大体积碎温度应力裂缝的控制适中选用较粗骨料低热水泥或加掺合料配合比设计降仲水泥用量（高效减水剂）加膨胀剂I加缓凝剂r控制入模温度内外血差施工养护必要时内部降温小于230度L外部保温保湿二.混凝土在荷载作用下的变形1.短期荷载作用下的变形破坏特征共分为四个阶段。第一阶段，荷载与变形是直线关系，直至极限荷载的30%；第二阶段，界面的裂缝数量、长度、宽度逐渐增大，界面借摩阻力继续承当荷载，此时变形增大的速度已超过荷载增大的速度，为极限荷载的30%70%;第三阶段，砂浆中出现裂缝，并将和相邻界面裂缝连接集合。此时变形明显进一步加快，荷载与变形曲线弯向变形轴方向，70%90%;第四阶段，到达极限荷载，裂缝迅速开展，变形迅速增大，荷载变形曲线下降，混凝土最终破坏。(2J混凝土静弹性模量混凝土弹性模量是反映混凝土结构或钢筋混凝土结构刚度大小的重要指标。在计算钢筋混凝土结构的变形，裂缝出现及受力分析时，都须用此指标。但在整个受力过程中，混凝土并非完全弹性变形，因此计算混凝土弹性模量对应的应力。与应变E比值成为一个变量，不能简单加以确定。实验证明，当静压应力取0.30.5轴心抗压强度时，随重复施力的进行,每次卸荷都残留一局部塑性变形，但随着重复次数增加，塑性变形残留逐渐减少，而此时应力应变的比值趋向于恒定，即得到混凝土静弹性模量，也称割线模量。当混凝土强度等级从ClO升至C60,其弹性模量由1.75X10"增至3.60×IO1MPa.影响混凝土弹性模量的因素有： 水泥用量少，水灰比小，粗细骨料用量较多，弹性模量大。 骨料弹性模量大，混凝土弹性模量大；骨料质量好，级配良好，弹性模量大。 在相同强度情况下，早期养护温度较低的混凝土具有较大的弹性模量，蒸汽养护混凝土弹性模量较具有相同强度的在标准养护下碎的小。 引气混凝土弹性模量较非引气的低20%30%°3动弹性模量道路轨枕4抗折弹性模量道路混凝土2.在长期荷载作用下的变形Ooooooooo O 864 2 086 4 2 Illll混凝土在长期荷载作用下，沿着作用力方向的变形会随时间不断增长，即荷载不变，而变形随时间延长不断增长，一般可持续23年才趋于稳定。这种现象称为徐变。应变一定时，应力随时间逐渐减小的现象那么称应力松弛。混凝土徐变主要是水泥石的徐变引起加荷龄期的，是由于水泥石中的凝胶体在长期荷载作用下的粘性流动，并向毛细孔中流动，同时吸附在凝胶粒子上的吸附水因荷载应力而向毛细孔渗透的结果。在混凝土的较早龄期加荷，水泥尚未充分水化，所含凝胶体较多，且水泥石中毛细孔较多，凝胶体易流动，所以徐变开展较快；在晚龄期，水泥继续硬化，凝胶体含量相对减少，毛细孔亦少，徐变开展愈慢。影响混凝土徐变的因素 水灰比混凝土的水灰比拟小或在水中养护时，徐变较小； 水泥用量一一水灰比相同的混凝土，其水泥用量愈多，徐变愈大； 骨料的性质一一混凝土所用骨料的弹性模量较大时，徐变较小； 荷载一一所受应力越大，徐变越大。 环境温湿度第四节混凝土的耐久性混凝土的耐久性 耐久性定义混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的平安、正常使用的能力称为耐久性。混凝土耐久性是一项综合性能，它主要包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗碳化、耐碱骨料反响等。1 .抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。例如地下结构物、挡水结构、水塔、油罐、压力水管及水坝等，都承受一定压力作用，必须保证抗渗能力。试件:每组6块,28d标养。检测：将6块试件同时置于抗渗仪上，从0.1MPa水压开始，每隔8h增加0.IMPa,至6块中3块渗水为止，记下此时的水压H(MPa)o评价:P=IOHT划分混凝土抗渗等级，并以符号P(PenetratiOn)加上最大水压(MPa)表示,如:P6,P8,PIO,P12等.表示能抵抗0.4、0.6、0.8、L0、L2MPa的静水压力而不渗透。混凝土被渗透的原因有： 混凝土是多孔材料 施工造成不密实 气孔 粗骨料下部聚集的水膜影响混凝土抗渗性的因素有: 水灰比 骨料最大粒径 水泥品种 养护条件 外加剂 掺合料 .抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，能经受屡次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。在寒冷地区，特别是在接触水又受冻的环境下的混凝土，应具有较高抗冻性。抗冻性的好坏以抗冻等级来评价。抗冻等级可见绪论中材料的抗冻性。试件：IooXlooXloOmln,150xl50xl50mm,200x200x200mmo检测：饱水：在1520水中浸泡4d。冻融：-1520冻4h(200x200x20Omin试件，冻6h),取出放入1520水中融4h,为一个循环。混凝土强度损失率不超过25%,重量损失率不超过5%的最大冻融循环次数n,表示为Fn(freezingthawing),如：F50、F100>F150等。影响材料抗冻性的因素有： 密实度:密实度越高,抗冻性越好； 气孔含量及孔结构:含气量越大,闭孔越多,抗冻性越好； 水灰比:在密实的情况下,水灰比小,抗冻性好； 饱水程度:饱水程度越高,抗冻越差； 养护条件:保湿养护时间越长,抗冻性越好； 掺合料:掺入适当掺合料,可提高抗冻性； 外加剂：掺入防水剂，引气剂及减水剂,均能提高抗冻性.3 .抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀性主要水泥石的抗侵蚀性，详见水泥抗侵蚀性章节。4 .抗碳化性指混凝土抵抗空气中二氧化碳与水泥石中氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水的能力。又称为中性化。碳化对混凝土性能有明显的影响，主要表现在对混凝土的碱度、收缩方面会产生不利影响。水泥的碱性可使混凝土中的钢筋外表生成一层钝化膜，从而保护钢筋免于锈蚀。碳化使混凝土的碱度降低，钢筋外表钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀。钢筋锈蚀还会导致膨胀，使混凝土保护层开裂或剥落。碳化由表及里进行，二氧化碳气体在混凝土中扩散的规律决定了碳化速度。混凝土碳化的危害： 降低PH值，当PH从1213降至10.8时，钢筋开始锈蚀。 消耗Ca(OH)2,使混凝土中水化物分解，产生大量硅胶和铝胶。 碳化收缩，导致混凝土外表裂缝。碳化的优点： 增大了外表硬度。 促使水泥进一步水化，混凝土密实度提高，适当碳化可使混凝土抗压强度提高。影响混凝土抗碳化的因素有： 环境条件，主要是二氧化碳浓度和相对湿度 水泥品种：氢氧化钙的量 水灰比：密实情况 外加剂：掺减水剂或引气剂 其它：施工质量、养护、骨料质量、外表涂层5.碱一骨料反响1类型 碱一硅酸反响 碱一硅酸盐反响 碱一碳酸盐反响2发生的必要条件 混凝土中含有碱活性物质，并具有一定含量(>1%) 混凝土中含有足量的碱(>0.6%) 要有水分的存在三者缺一不可。(3)控制碱一骨料反响的措施控制水泥及混凝土中的碱含量(Na20+0658K20):水泥中可溶性碱含量<0.6%,单方混凝土中碱含量<3.0kg。 选用非碱活性骨料。 保持硬化混凝土枯燥。 掺矿物掺合料。 掺引气剂。 掺碱骨料抑制剂。二.提高混凝土耐久性的措施混凝土耐久性内容是综合性的，使得混凝土耐久性的改善和提高必须根据混凝土所处环境、条件及对耐久性的要求有所侧重，有的放矢。但提高混凝土密实度是一个重要环节，因此可采取以下措施：合理选择水泥品种。选用质量良好，技术条件合格的砂石骨料。 控制水灰比及保证足够的水泥用量是保证混凝土密实度的重要措施，是提高混凝土耐久性的关键。 掺入减水剂或引气剂，改善混凝土的孔结构，对提高混凝土的抗渗性和抗冻性有良好作用。 改善施工操作，保证施工质量。.混凝土耐磨性自学