最新混凝土的变形之体积变化教学讲义ppt.ppt

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1、混凝土的变形之体积变化混凝土变形的意义刚硬化的混凝土（无论加载或没有加载）暴露在环境温湿度之中，通常总要产生温度收缩（或“热收缩”——与冷却相关的收缩应变）和干燥收缩（与失水相关的收缩应变）。结构物里的混凝土构件，总要受到一定的约束，如来自地基的摩擦、其它构件、配筋或混凝土体内外变形的差异。当弹性材料的收缩应变完全受到限制，就产生弹性拉应力。应力大小取决材料的应变ε和弹性模量E（σ=Eε）。混凝土变形的意义当变形产生的拉应力，或者由于荷载作用产生的拉应力超过其抵抗断裂的能力时，就会引起开裂，出现宏观可见裂缝。有时裂缝只在混凝土的表面或浅层，虽有碍结构物

2、外观，对结构受力功能和耐久性则没有很大影响；而有时表面出现裂缝，是构件内部裂缝已经延伸到表面的结果，是设计、施工和材料几方面有误的综合反映，可能由于混凝土强度不足、匀质性差等，甚至整个结构存在严重的薄弱环节所引起，对结构受力和耐久性都有一定程度的影响。4.6.1、化学收缩定义——在混凝土硬化过程中，由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，从而引起混凝土的收缩，称为化学收缩。特点：化学收缩是不可恢复的。其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40天左右增长较快，以后逐渐趋于稳定。化学收缩值很小（小于1％），对混凝土结构没有破坏作

3、用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。化学收缩+水泥水=水泥浆水泥+水水泥浆体=水泥浆体大水灰比小水灰比化学收缩示意图4.6.2温度变形定义——混凝土随着温度的变化产生热胀冷缩的变形。参数——混凝土的温度线膨胀系数为（1～1.5）×10-5/℃，即温度升高1℃，每m膨胀0.01mm。危害——温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。热裂缝出现的机理在混凝土硬化初期，水泥水化放出较多热量，而混凝土又是热的不良导体，散热很慢，因此造成混凝土内外温差很大，有时可达50～70℃，这将使混凝土产生内胀外缩，结果在外表混凝土中将产

4、生很大的拉应力，严重时使混凝土产生裂缝。热裂缝的控制自20世纪初起，为了减小水化放热产生的影响，开始采用掺火山灰的办法，30年代又开发出低热水泥。利用加大粗骨料粒径、非常低的水泥用量、预冷拌合物原材料、限制浇注层高和管道冷却等措施，进一步获得了降低水化温峰、抑制热裂缝的效果。三峡大坝泄洪段－发电段大体积混凝土三峡大坝混凝土的“外衣”大体积混凝土的内部降温管三峡大坝搅拌站热收缩与开裂近几十年来，基础、桥梁、隧道衬砌以及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土开裂的现象增多，同时发现干燥收缩通常在这里并不重要了。水化热以及温度变化已经成为引起素混凝土与钢筋混凝土

5、约束应力和开裂的主导原因。热收缩与开裂由于70年代美国混凝土桥面板普遍出现开裂，因此转向使用更高强度的混凝土，但是看来这无济于事。根据国家公路合作研究计划1995年的调查表明：10万多块混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个月内就出现了间隔1-3米的贯穿性裂缝。P.K.Mehta.大体积混凝土的定义任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。美国混凝土学会（ACI）4.6.3.干湿变形定义——由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。机理：混凝土在干燥过程中，由于

6、毛细孔水的蒸发，使毛细孔中形成负压，随者空气湿度的降低负压逐渐增大，产生收缩力，导致混凝土收缩。同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶体因失水而产生紧缩。干湿变形机理示意图弯月面凝胶孔负压干湿变形的特点可恢复性－吸水膨胀；混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但干缩收缩（DryShrinkage）能使混凝土表面出现拉应力而导致开裂，严重影响混凝土的耐久性。一般条件下混凝土的极限收缩值为(50～90)×10－5mm/mm左右，在工程设计时，混凝土的线收缩采用(15～20)×10-5mm/mm，即每m收缩0.15～0.20mm干燥环境干缩示意图泌水

7、速率<蒸发速率开裂混凝土表面干缩示意图4.6.4荷载作用下的变形1、短期荷载作用下的变形－弹塑性变形2、长期荷载作用下的变形—徐变4.6.4.1、在短期荷载作用下的变形——弹塑性变形混凝土的特点：混凝土是一种由水泥石、砂、石、孔隙等组成的不匀质的三相复合材料。它既不是一个完全弹性体，也不是一个完全塑性体，而是一个弹塑性体。受力时既产生弹性变形，又产生塑性变形，其应力与应变的关系不是直线，而是曲线，如下图混凝土应力－应变图图3-12硬化水泥浆体、骨料与混凝土的应力应变关系：（a）三者的应力-应变曲线（b）混凝土在加/卸载循环时的应力-应变关系混凝土的弹性

8、模量定义——在应力－应变曲线上任一点的应力σ与其应变ε的比值，称作混凝土在该应力下的变形模量。