1、混凝土體積穩(wěn)定性 混凝土的體積穩(wěn)定性指在荷載或非荷載作用下，混凝土的變形。 非荷載變形的類型 ? 混凝土內(nèi)部濕度變化導(dǎo)致的體積變化 ? 溫度變化導(dǎo)致的體積變化 ? 化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的體積變化 ? 沉降導(dǎo)致的體積變化 混凝土內(nèi)部濕度變化導(dǎo)致的體積變化 ? 干燥收縮（Dry shrinkage ）： 混凝土在未飽和空氣中因向外界散失水分而產(chǎn)生的收縮。 干縮與水灰比、環(huán)境溫濕度、膠凝材料組成、骨料品種與比例、養(yǎng)護(hù)條件、齡期等因素有關(guān)。 100g水泥漿體，可蒸發(fā)水分約水泥漿體，可蒸發(fā)水分約6ml 混凝土C=300kg/m3 ，可蒸發(fā)水分約18l 水泥砂漿干縮值約水泥砂漿干縮值約0.10.2% 水泥混凝土1

2、80天自由干縮值約0.040.06% ? 自收縮（自收縮（Autogenous shrinkage): 在與外界沒有水分交換的條件下，混凝土內(nèi)部自干燥作用引起的宏觀體積收縮。 混凝土的自收縮在初凝以后開始產(chǎn)生。 自收縮大小與水膠比、膠凝材料組成、減水劑品種與摻量、骨料品種與比例有關(guān)。 自收縮機(jī)理 ? 水化反應(yīng)進(jìn)行過程中，一部分拌合水由化學(xué)反應(yīng)消耗，一部分填充凝膠孔。當(dāng)水灰比較大時(shí)，凝膠孔基本上充滿水，自身收縮很小；水灰比較小時(shí)，凝膠孔形成彎月面，外界的壓力使水泥漿體收縮。 自收縮的測定方法 自收縮與干縮的異同點(diǎn) 相同點(diǎn)：均由于水的遷移所引起； 不同點(diǎn)： 1.自縮不失重； 2.自身收縮各向同性地

3、發(fā)生，干縮由表 及里地發(fā)生； 3.水灰比降低時(shí)，干縮減小，自縮增大； 4.覆蓋后（或拆模前）不發(fā)生干縮，而 自縮必須通過濕養(yǎng)護(hù)處理。 ? 常規(guī)收縮試驗(yàn)測定結(jié)果是干燥收縮與自收縮的疊加。 ? 普通混凝土的干縮測定值中自收縮值占10%左右；低水膠比的高強(qiáng)或高性能混凝土的自收縮值則大得多。 ? 干燥收縮是引起普通混凝土開裂的主要原因之一。 溫度變化導(dǎo)致的體積收縮 ? 混凝土在硬化和使用期間，隨溫度降低而產(chǎn)生的宏觀體積收縮。 ? 水泥的水化熱、外界熱源及環(huán)境溫度變化是引起溫度收縮的主要原因。 ? 與水膠比、膠凝材料的組成與用量、混凝土拌和物入模溫度、環(huán)境溫度變化、內(nèi)部的相對濕度、結(jié)構(gòu)形式等因素有關(guān)。

4、020406080100120010203040506070UHPCOPCHPC絕熱溫升()水 化時(shí)間(小時(shí)) 與普通混凝土相比，高性能混凝土的最大絕熱溫升降低10，最大溫峰達(dá)到時(shí)間推遲約5小時(shí)。 混凝土的絕熱溫升混凝土的絕熱溫升 ? 近幾十年來，基礎(chǔ)、橋梁、隧道襯砌以及其他構(gòu)件尺寸并不很大的結(jié)構(gòu)混凝土開裂的現(xiàn)象增多，同時(shí)發(fā)現(xiàn)干燥收縮通常在這里并不重要了。水化熱以及溫度變化已經(jīng)成為引起素混凝土與鋼筋混凝土約束應(yīng)力和開裂的主導(dǎo)原因。 大體積混凝土 任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達(dá)到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂影響的，即稱為大體積混凝土。 美國混凝土學(xué)會 ? 溫度收縮是引起大

5、體積混凝土開裂的主要原因。 ? 高強(qiáng)和高性能混凝土具有較大的溫度收縮。 化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的體積變化 ? 水化收縮（硬化收縮或化學(xué)收縮）： 水化過程中水化產(chǎn)物的絕對體積減少。硅酸鹽水泥的水化收縮約7%。混凝土C=300kg/ m3，減縮值2127L/m3 初凝以前水化收縮表現(xiàn)為宏觀體積收縮，初凝以后則導(dǎo)致內(nèi)部微裂縫產(chǎn)生。 水化收縮 ? 膨脹組分引起的體積膨脹： 由膨脹組分的水化反應(yīng)導(dǎo)致混凝土發(fā)生宏觀體積膨脹。可能導(dǎo)致開裂破壞；也可補(bǔ)償收縮。 ? 堿-骨料反應(yīng)引起的體積膨脹： 膠凝材料中的堿與骨料中的活性氧化硅或碳酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿 -硅酸凝膠或堿-碳酸鹽晶體，致使混凝土膨脹。 強(qiáng)度 放熱 體積

6、減小 水泥漿水化水泥漿水化“永恒的三角形永恒的三角形” 沉降導(dǎo)致的體積變化 ? 塑性收縮：塑性收縮： 在混凝土仍處于塑性階段，由于重力沉降，其頂面有所下沉。 當(dāng)表面失水速率超過實(shí)際泌水速率時(shí)，新拌混凝土迅速干燥。如果近表面的混凝土已經(jīng)稠硬，不能流動，但其強(qiáng)度又不足以抵抗因收縮受到限制所引起的應(yīng)力時(shí)，就產(chǎn)生開裂。 混凝土表面 泌水速率 蒸發(fā)速率 開裂 荷載導(dǎo)致的變形徐變 ? 荷載作用下超過彈性應(yīng)變和自由干燥收縮應(yīng)變總和的變形。 ? 徐變的原因是在荷載作用下，C-S-H凝膠失去物理吸附水。 ? 徐變有可逆與非可逆的區(qū)分。 干燥與徐變的可逆性 影響干縮與徐變的因素 ? 材料與配合比 Powers認(rèn)為

7、混凝土收縮（SC）和水泥漿收縮（SP）之比與混凝土中骨料的體積分?jǐn)?shù)（ g）有指數(shù)關(guān)系： 根據(jù)骨料彈性模量的不同， n值變動于 1.21.7。 npcgSS)1 ( ? 混凝土徐變（CC）和水泥漿體（CP）與骨料（g）和未水化水泥含量（）之間可有關(guān)系： ?gCCcp11loglog? 骨料的級配、最大粒徑、粒形和結(jié)構(gòu)可影響混凝土的收縮和徐變。其中骨料的彈性模量最為重要。 ? 水泥的細(xì)度和組分影響水化速率，但不影響水化產(chǎn)物的體積和特性。水泥的細(xì)度和組分變化可影響砂漿或凈漿試件的干縮，但對混凝土無甚影響。如果水泥品種對混凝土強(qiáng)度有影響時(shí)，則也將影響混凝土的徐變。 ? 水泥用量和用水量不直接影響混凝土

8、的干縮和徐變。 ? 時(shí)間與濕度：混凝土中水分?jǐn)U散是緩慢的過程。兩周僅完成20年干縮的2025%；3個月完成5060%；1年完成7580%。 徐變系數(shù)在100%RH時(shí)為1，在80%RH時(shí)為2，在45%RH時(shí)達(dá)3。 收縮和徐變對混凝土開裂的影響 混凝土的極限拉伸 ? 混凝土結(jié)構(gòu)的開裂一般均由拉應(yīng)力引起。 ? 對于變形導(dǎo)致的開裂，除考慮材料的抗拉強(qiáng)度外，材料的抗變形能力，即極限拉伸更重要。 ? 混凝土的極限拉伸值約為1?10-4。 混凝土裂縫間距計(jì)算 式中：E：混凝土的彈性模量 H：結(jié)構(gòu)物高（厚）度 Cx：地基水平阻力系數(shù) ：溫度變形系數(shù) p：極限應(yīng)變，應(yīng)考慮配筋和徐變的影響 T：溫度差，包括水化溫

9、差、氣溫差、收縮當(dāng)量溫差 pxTTCEHL?arcch2max? 底板與墊層間的摩擦情況影響開裂間距。 ? 通常T大于p，兩者差越大，開裂間距越小。當(dāng)T趨近于p，開裂間距趨近于無窮大，可取消伸縮縫。 ? 工程上常用總變形小于極限拉伸的原則控制裂縫。 ? 膨脹劑的作用 高性能混凝土的開裂問題 ? 高性能混凝土的開裂趨勢大于普通混凝土。 ? 高性能混凝土的水膠比低，細(xì)粉含量大，使其強(qiáng)度增長快，密實(shí)度高，水分遷移困難。 ? 當(dāng)水膠比大于0.40（普通混凝土），內(nèi)部空隙可保持 100% 的相對濕度；而水膠比較低時(shí)，隨水化的進(jìn)行，內(nèi)部相對濕度可下降到80%以下。 ? 由于自干燥導(dǎo)致的自收縮，高性能混凝土

10、較大，其初期的收縮較大。 ? 由于水分遷移困難，高性能混凝土的后期干縮較少。 非穩(wěn)定裂縫的發(fā)展，普通混凝土出現(xiàn)在干燥后500天，高性能混凝土則只需13天。此時(shí)普通混凝土的最大約束應(yīng)力為2MPa，高性能混凝土為4.5MPa，分別為各自抗拉強(qiáng)度的50%和75%。 兩種混凝土單位長度的約束反力發(fā)展情況兩種混凝土單位長度的約束反力發(fā)展情況 評價(jià)混凝土開裂趨勢的方法 ? 開裂環(huán) ? 開裂試驗(yàn)架和溫度試驗(yàn)機(jī) ? 平板試件 利用溫度變化，失水干燥等方式在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)其大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土即開裂。基本是定性評價(jià)方法。 開裂環(huán)裝置 ? 特點(diǎn)： 提供的約束較高，且均勻。 可直接評價(jià)混凝土的收縮

11、開裂趨勢 ? 評價(jià)指標(biāo)： 混凝土環(huán)的初裂時(shí)間和最大裂紋寬度 開裂的影響因素 ? 材料因素：膠凝材料的細(xì)度、水化速率、水化熱、強(qiáng)度發(fā)展速率。 ? 配合比因素：水膠比、漿體含量、骨料彈性模量。 ? 約束因素：體積、配筋率 ? 環(huán)境因素：氣溫、風(fēng)速、濕度。 圓環(huán)試驗(yàn)結(jié)果 00.10.20.30.40.50.60.70.80.912d2.5d3d4d5d6d7d9d12d14d16d19d21d23d26d28d ? ? ( )? ? ? ? (mm)Yj ? ? - 7dYc ? ? ? ? - 2.5dYk ? ? - 30% - 2dYf ? ? o ? - 30% - 6dYs 1 ? - 10% - 2d 高強(qiáng)混凝土環(huán)的初裂時(shí)間早，各齡期最大裂紋寬度大， 收縮開裂趨勢明顯大于普通混凝土。 收縮試驗(yàn)結(jié)果 01002003004005006007008001d3d7d14d28d45d60d90d ? ? ( ) ? ? (? |?)Yj ? ? ? ?Yc ? ? ? ? ? ?Y