基于混凝土长久性和耐久性的收缩和徐变探讨

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0 引言

混凝土长久性能和耐久性能是硬化后的混凝土对长时期物理或化学因素作用的承受能力。材料受诸多因素的影响，其结构和性能会随时间的变化而发生变化。若材料的性能呈现一定程度的劣化，继续使用会不安全或不经济，需要研究在正常情况下混凝土随时间的性能变化，即它的长期性能；同时，也要研究在各种作用条件下混凝土的破坏和使用寿命，即耐久性能。引发混凝土劣化的物理和化学因素联系非常紧密并彼此加强，为使混凝土结构具有良好的长久性能和耐久性能．设计者必须按其使用环境等因素，对混凝土的耐久性能提出质量要求，针对各种不同劣化因素进行有效防护和控制。由于各种劣化因素对结构或构件是客观存在并长时间的综合影响，如果按自然条件进行试验检测，要在较长的试验期后才能得到结果。以特定的强化试验条件和制度进行快速试验，以在比较短的试验期内取得反映该项性能的相对指标，作为评定混凝土长久性能和耐久性能的基础。

混凝土长期性能和耐久性能与混凝土建筑物的安全和使用年限密切相关。混凝土建筑物的设计使用年限要求在50年以上，我国《混凝土结构设计规范》规定，混凝土的耐久性设计必须按照环境类别和设计使用年限进行。近几年来，我国已有一些工程的混凝土设计年限为100年，这些工程结合环境条件和特点，采取专门的、有效的措施，以保证混凝土工程的耐久性设计要求。

过去，我国对一般混凝土工程的耐久性问题不够重视，混凝土结构未达到预期的使用寿命，过早破坏的实例较多，造成的经济损失也较大。一些工程设计只满足荷载要求，而没有重视耐久性，使已建成的部分混凝土建筑物存在耐久性隐患。目前，混凝土耐久性问题日益受到人们的重视。

1 提高混凝土耐久性的途径

混凝土的耐久性是个复杂的综合性问题，不仅与所使用的材料相关，还与混凝土结构的环境条件紧密相连，因此要系统提高混凝土的耐久性，必须先调查清楚环境条件，再选定混凝土使用的材料并进行耐久性设计。把耐久性看作与强度同等重要的技术要求，对混凝土配合比进行精确设计，同时必须精心制备、施工。

2 混凝土长久性和耐久性性能的质量要求

对于混凝土在各种实际应用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的混凝土质量要求，主要是按影响混凝土耐久性的因素、混凝土劣化的各种因素，确定在实际工程施工中，把主要或重要劣化因素作为混凝土的质量控制要素。由于混凝土劣化的物理和化学因素联系紧密彼此作用，实际工程施工中要想杷各种起因彼此不能分离，但可确定主要影响因素，以此作为控制混凝土耐久性质量的依据。混凝土长期性能和耐久性质量要求主要有收缩、徐变等。

3 混凝土收缩的性能与评价

收缩是混凝土的一个重要性能，混凝土收缩产生的应力，可使结构出现变形、裂缝，降低其强度和刚度。收缩还能使混凝土内部出现微裂缝，破坏混凝土微观结构，降低混凝土耐久性能。对预应力混凝土结构，由于混凝土的收缩，会产生预应力损失等。混凝土因物理化学作用而产生的体积缩小现象称为收缩。

3.1 混凝土的收缩性能

混凝土按产生收缩的原因可分为沉缩、化学(自)收缩、物理收缩和碳化收缩，其主要特征如下。

1)沉缩：混凝土浇筑成型后，固体颗粒下沉，水分上浮，混凝土表面产生泌水，混凝土体积减小。沉缩大的混凝土还会产生沉缩裂缝。沉缩与混凝土水胶比、拌合物稠度、凝结时间、浇筑部位等因素密切相关。

2)化学收缩：混凝土初凝后，在不与外界发生物质交换的条件下，由于胶凝材料继续水化引起自干燥而造成混凝土体积减小，即自收缩。水泥的继续水化是自收缩出现的根本原因，水胶比、水泥及矿物掺合料的组成、活性相细度、龄期等与自收缩密切相关。

3)物理收缩：混凝土在未饱和空气中由于失水引起的体积减小，即干燥收缩。干燥收缩与水胶比、空气湿度、试件尺寸等因素密切相关。

4)碳化收缩：由空气中二氧化碳作用而引起的体积减小。在空气相对湿度为正常的条件下，碳化收缩显著。碳化作用伴随着混凝土失重和收缩的同时增加。

3.2 混凝土收缩的评价

混凝土收缩试验方法主要有非接触法和接触法2种。前者主要适用于测定早龄期混凝土的自由收缩变形，也可用于无约束状态下混凝土自收缩变形的测量。后者适用于测定在无约束和规定的温度、湿度条件下硬化混凝土试件的收缩变形性能。

4 混凝土的受压徐变

混凝土在室温下徐变是显著的，受混凝土湿度变化的影响。预应力钢筋混凝土徐变引起的尺寸变化，会造成预应力损失，还可能造成构件的徐变破坏。当然，最终的徐变破坏包括永久变形和断裂。材料在持续荷载的作用下，随时间增加的变形称徐变。其显著特点是变形与时间相关，徐变也即时间变形。

4.1 徐变与收缩的关系

徐变和收缩有不少相似和相关之处，两者都包含很大比例的不可逆应变；如同收缩一样，徐变主要反映了水泥石的一种特性，骨料在其中起着抑制收缩、抑制徐变的作用；有干缩发生时混凝土的徐变值会增大等。

4.2 徐变的组成

在徐变总量中有相当一部分徐变不可逆，而可逆部分也是随时间逐渐恢复的，并非卸荷后马上恢复。徐变由可恢复徐变和不可恢复徐变两部分组成，前者为弹性变形，后者多为黏性流动。混凝土试件在受载后，这两部分徐变的发展速度不同。恢复性徐变在加荷后2个月内趋于稳定，而非恢复徐变则在相当长的时间内仍然继续增长。

试验表明，在混凝土出现徐变的同时如果有干缩伴随，混凝土徐变增大。相对湿度愈低，混凝土失水收缩愈大，徐变也愈大，这种由于干燥而增加的这部分徐变即干缩徐变。如果在加荷前使试件与周围环境巳达到了湿度平衡，混凝土不再有干缩出现，环境湿度对徐变没有影响，这种不受干缩影响的徐变即基本徐变。一般实际工程施工中混凝土的徐变由基本徐变和干缩徐变两部分组成，但是这种区分在实践中容易被忽视，就是忽视了干缩对徐变的影响。