温度应力试验机与温度应力实验_林志海

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1、温度应力试验机与温度应力实验林志海，覃维祖（万科企业股份有限公司，清华大学）[摘要]：温度应力试验机是将混凝土材料与其在结构表现相互桥接、联系起来的现今唯一的试验设备。其他试验与仪器则都是把这两者分离的，即要么是测试材料在实验室里处于新拌或硬化状态且变形不受约束的性能，要么是混凝土业已硬化的构件的力学与其他性能测试。而事实上混凝土自半液半固的塑形状态向弹塑性转化过程，其温度变化、变形以及所形成的内应力，对其后抵抗外荷载，以及各种收缩变形受约束产生的应力积累、微裂缝延伸、扩展，很有可能导致混凝土的宏观开裂，都具有重要或决定性作用，在很大程度上影响

2、混凝土结构耐久性。因此，温度应力试验机以及相关实验方法把混凝土材料与结构行为的表现联系起来的这种效能应该引起混凝土结构相关的设计、研究、生产与应用部门的广泛重视。[关键词]：温度应力试验机，约束应力，温度变形，温度应力，结构性能1．问题的提出混凝土的开裂问题一直是难以解决的问题，混凝土结构物由于开裂的发生而导致内部钢筋锈蚀也大大影响了其耐久性。如果要实现钢筋混凝土结构物可以耐久使用，必须要首先克服开裂问题。可是，到目前为止，还很难说在实际工程中通过采用材料或者工程上的技术去有把握地避免混凝土开裂的发生。这是因为混凝土固有的材料特性所决定的，即混

3、凝土从浇筑到凝固的过程当中，各种收缩总要受到约束而产生内部拉应力，这种拉应力通常会大于抗拉强度，因此开裂很容易发生。从提高混凝土抗裂性能的角度去避免开裂，需要从控制拉应力入手，因为抗拉强度难以大幅度提高。与提高抗拉强度相比，控制拉应力会相对容易一些。决定拉应力的因素包括：约束程度、变形、弹性模量。约束程度是指混凝土自浇筑开始所发生的自由变形受到限制的程度，即受限制的自由变形与自由变形的百分比。约束程度越大，拉应力也越大。由于产生开裂的原因既有材料自身的原因，也有结构设计、施工工艺的原因。为了界定开裂产生的责任，可以定义当约束程度为100%时混凝

4、土是否有较好的抗裂性能，为材料是否合格的标准。工程现场混凝土结构物各个部位的约束程度有可能小于或者大于100%。如果是后者，则是在外力的作用下是混凝土发生了额外的变形，这种情况可以认为是设计或者施工的原因。从材料自身属性以及收缩变形受到约束的角度来看可以认为，约束程度在100%时是最不利的情况。另外一个决定拉应力大小的因素是变形，通常混凝土的变形种类有温度变形、自生收作者简介：林志海，男，1975年3月，资深专业经理，深圳市盐田区大梅沙环梅路33号，518083，0755-25606666转81387。缩、干燥收缩，在添加膨胀剂的情况下还有膨胀

5、变形。由于混凝土的热膨胀系数在硬化阶1～6段由一个较大的数值降到一个较小的数值，单纯的升温膨胀比降温收缩要大，混凝土的7整体温度变形是呈膨胀的。自生收缩是混凝土水化反应及内部自干燥所引起的固有收缩。干燥收缩是混凝土内部未水化水分蒸发引起的毛细吸力所引起的体积收缩。这些收缩所叠加起来的变形受到约束时，就会产生应力，收缩越大，拉应力也越大。还有一个决定拉应力大小的因素是弹性模量。可以认为，当混凝土的弹性模量越大，引起的约束应力也越大。虽然前面所说到了升温膨胀会比降温收缩大，但是由于混凝土的弹性模量在硬化过程中从零发展到一定的数值，也就是在升温阶段的

6、模量比降温阶段的模量要小很多，因此对应单纯的温度变形所产生的应力是拉应力。再叠加上自生收缩和干燥收缩的影响，混凝土在工程中表现出的材料特性呈现为容易开裂。8～12需要指出的是，混凝土还有一个重要的材料性质是应力松弛作用，也就是所发生的自由变形中，有一部分的变形会由于徐变的作用而使应力发生松弛，这部分变形就是徐变变形，另一部分能产生应力的变形为弹性变形，当这部分变形受到约束，就会产生应力，并且与弹性模量成正比。为了克服开裂问题，就需要在最不利的约束程度条件下，对混凝土的变形、弹性模量和徐变等因素进行深入的研究，掌握这些因素对应力的影响规律，从而找

7、出通过控制某个或某些因素来减小拉应力的方法来降低开裂的可能性。由于混凝土的约束应力是由上述众多因素所综合决定的，仅研究其中的单个因素并不能有效找到该因素与约束应力的直接关系。在工程当中，受环境温湿度条件的影响各种因素的变化是复杂的，根据各种因素从实验室试验中获得的在固定条件下出现的变化规律，并不能准确分析出混凝土结构物内应力的大小。另外，有一些因素是难以用实验方法测量，例如混凝土硬化阶段的热膨胀系数由于不能可靠分离出温度变形和自生收缩变形而难以测量出来；自生收缩由于温度活性的影响也不能有效测量。因此，如何综合考虑混凝土各种影响因素与约束应力之间

8、的联系，并进一步可靠评价、分析混凝土在实际工程中的开裂敏感性，成为缓解开裂发生的关键问题。2．温度应力实验研究简介2.1温度应力试验机图1Spring