混凝土龄期、收缩、徐变的研究进展及工程应用

1、混凝土龄期、收缩徐变的研究进展及工程应用，主要内容，混凝土龄期的相关研究，混凝土收缩徐变的相关研究，工程应用，混凝土龄期的相关研究，混凝土中的主要胶凝材料是水泥，水泥颗粒的水化从表层逐渐渗透到内部，这是一个几十年的缓慢过程。随着混凝土龄期的增加，水泥的水化越来越充分，混凝土的成熟度逐渐提高。其强度、弹性模量、极限抗拉强度和绝热温升随着龄期的延长而逐渐增加，并最终趋于恒定。1.混凝土龄期研究，简介：朱、院士提出的“半成熟龄期”将混凝土强度、弹性模量、极限抗拉强度和绝热温升达到终值一半的龄期定义为半成熟龄期。半成熟年龄越小，混凝土成熟越快。不同的结构对半成熟年龄有不同的要求。工业和民用建筑竣工后不

2、久可能承受较大的荷载，其半成熟龄期不应太大；相反，对于大坝等大体积混凝土结构，当它们承受全部荷载时，混凝土的龄期一般较大，强度也不成问题。然而，这种结构具有温度控制和防裂的要求。无论是混凝土表面的自然散热还是埋在混凝土中的水管的人工冷却，都需要一定的时间才能发挥作用。如果混凝土绝热温升的半成熟龄期过小，混凝土升温过快，散热降温措施没有充分发挥作用，混凝土就达到了最高温度，当最终下降到混凝土性能测试结果后，就不难用图解法计算出以龄期为横坐标、性能为纵坐标的各测试点曲线的半成熟龄期。注：由于混凝土的性能不均匀，其强度、弹性模量、极限拉伸和绝热温升都对应于一个半成熟年龄，所以在具体问题上，必须从研究

3、对象入手，选择所需的半成熟年龄。改变混凝土半成熟龄期的方法改变了水泥的矿物组成和细度，硅酸三钙水化速度快，水化热和强度发展迅速，适合小半成熟龄期的要求；水泥细度越细，水化反应越快。使用混合材料和外加剂，中国在混合粉煤灰方面做了大量工作。掺入粉煤灰可以降低水泥用量和水化热的上升速度，在保持后期强度不变的情况下，延长混凝土的半成熟龄期。在混凝土收缩徐变的相关研究中，人们普遍认为混凝土的收缩徐变特性是由一些共同的基本因素决定的。事实上，蠕变是由应力引起的，而收缩与应力无关。尽管收缩和徐变有其自身的特点，但它们都与混凝土中水化水泥浆的特性有关。由不同化学成分的水泥制成的混凝土的收缩和徐变性能没有本质的

4、区别。这表明收缩徐变的机理主要取决于混凝土水化浆体的物理结构，而不是其化学成分。混凝土收缩徐变的研究、混凝土收缩徐变的预测和控制及其对结构性能的影响仍然非常复杂，难以得到准确的答案。随着研究的深入，各种混凝土收缩徐变预测模型被提出和更新。主要介绍：CEB-FIP(1990)模型ACI模型。CEB-FIP(1990)模型，蠕变系数计算公式的适用范围：应力水平 c/fc 0.4，暴露于平均温度5 30，平均相对湿度40% 100%的环境中。收缩计算公式的适用范围：普通混凝土应在常温下湿养护不超过14天，并暴露在平均温度为5 30，平均相对湿度为40% 50%的环境中。CEB-FIP(1990)模型

5、，蠕变函数，蠕变系数，抗压强度参数，加载年龄，相对湿度。CEB-FIP(1990)模型。CEB-FIP(1990)模型。ACI模型。&ACI (CEB-FIP(1990)模型，包括这两个模型和其他研究提出的其他模型，基本上是基于实验室试验数据的经验公式。由于实验室具体条件的限制或不同研究者的侧重点，不同的模型考虑不同的影响因素。根据这些结果确定的混凝土收缩徐变模型能否直接应用于实际工程结构的分析还需要进一步检验。工程应用目前，各国钢筋混凝土结构设计规范一般以t=28d龄期作为混凝土强度和其他性能指标的标准。如果结构早期受力(包括预应力)，应根据实际龄期的混凝土性能指标进行检查。对于老化超过28

6、天后承受所有荷载的结构，混凝土的后期强度通常被视为结构的附加安全储备，不使用。对于一些工程，由于施工周期长、所有使用荷载的施加较晚或一些特殊结构(如防爆)，混凝土的后期强度被认为是设计标准。工程应用在桥梁工程实践中，一些学者用随龄期调整的有效模量来代替混凝土的弹性模量，通过解决弹性问题来解决桥梁混凝土结构的徐变问题。一般步骤和方法如下：划分结构单元和计算时间。从施工开始到收缩徐变完成的过程分为几个阶段，每个阶段又分为几个时间间隔。施工阶段的开始时间、结构体系转换时间、装卸时间作为各阶段和时间间隔的分界点。每个阶段完成的结构被分成几个梁单元，因此每个单元的混凝土具有相同的收缩和徐变特性。这些元素

7、通过节点连接，这些节点假定位于相邻元素接触面的重心轴上。工程应用在静定结构阶段，如合拢前的悬臂施工阶段，徐变和收缩只产生变形增量，不产生内力增量，即徐变次内力为零。系统改造后，计算第I个时间间隔。得到第一时间间隔内收缩徐变引起的节点力增量和节点位移增量。通过在时间间隔开始时将上述增量加到节点力和位移上，可以得到时间间隔结束时每个单元的节点力和位移。在工程应用中，收缩徐变会对结构的内力和变形产生不利影响，特别是对于悬臂浇筑的大跨度预应力混凝土箱梁桥，收缩徐变对主梁线形和内力的影响更大。在实际工程中，由于混凝土收缩徐变，经常会出现跨中挠度、预应力损失过大、腹板开裂等问题。在工程应用中，一些学者依托

8、横昆高速公路上的两座大跨度预应力混凝土箱梁桥，通过对施工过程中以及桥梁建成后很长一段时间内结构响应的系统观测，研究了实际结构在自然环境中混凝土收缩徐变作用下的真实响应，为混凝土箱梁桥的收缩徐变提供参考。衡阳东阳渡湘江大桥(主跨150m预应力混凝土连续梁桥)、祁阳白水湘江大桥(主跨120m预应力混凝土连续刚构桥)、3。工程应用，试验内容包括桥址环境温度场、混凝土箱梁温度、各控制截面应变变化和挠度变化。在施工过程中，测试了主要工况下的应变变化。大桥建成后，跟踪观察了3年，测试时间接近1500天。工程应用、现象，无论是连续梁桥还是连续刚构桥，箱梁混凝土的应变发展规律有一个共同点，即箱梁上下边缘的应变

9、发展规律不同，特别是对于箱梁顶底板厚度相差较大的根部截面， 桥梁建成后23年内上缘应变趋于稳定，下缘应变仍有一定的增长趋势，而对于中跨段和合拢段，上缘应变仍有一定的增长趋势挠度随时间增长，但增长趋势明显减缓。 在工程应用中，对于箱梁(1)顶底厚度相差较大的根部截面，混凝土箱梁顶部会直接受到阳光的影响，使其混凝土温度明显高于底部混凝土温度，导致顶部混凝土的收缩率和干燥徐变率高于底部混凝土；(2)箱梁根部顶板和底板配筋率不同，顶板普通钢筋和预应力钢筋密集，特别是桥梁建成后，箱梁根部顶板预应力钢筋较多，抑制了混凝土收缩徐变的发展；(3)箱梁根部上下边缘的初始应力不同于施工过程中的应力变化，上边缘的压应力一般小于下边缘的压应力。在工程应用中，中跨段和合拢段的初始应力相对较小