大家知道,凝結(jié)后的混凝土主要由粗集料、細集料、水泥漿等組成,其中水泥漿主要包括水泥膠凝體、結(jié)晶水化產(chǎn)物及未完全水化的水泥等,除此之外,還有很多細微空隙和水分。
徐變(creep)、收縮(shrinkage)是混凝土體積不穩(wěn)定性的表現(xiàn),這種現(xiàn)象不完全等同于塑性變形,一些學(xué)者試圖用黏彈性理論來解釋。從發(fā)生的原理上說,兩者有很大的區(qū)別,徐變是在持續(xù)應(yīng)力作用下,水泥膠凝體因黏稠變形、水分的滲出或轉(zhuǎn)移、局部破裂及重結(jié)晶等產(chǎn)生緩慢變形;而收縮的產(chǎn)生則與應(yīng)力無關(guān),主要是由于干燥引起的吸附水蒸發(fā)轉(zhuǎn)移以及二氧化碳導(dǎo)致的混凝土碳化收縮等。
(1)徐變
在荷載作用下,混凝土材料除了發(fā)生瞬時彈性變形外,還會發(fā)生隨著時間持續(xù)而增長的變形,即通常所說的徐變變形。為揭示徐變變形的基本規(guī)律,一般常用棱柱體(或圓柱體)試塊進行試驗,在此期間,保持試塊截面上的平均應(yīng)力不變。徐變在加載初期發(fā)展特別快,而后逐漸減慢,其延續(xù)時間可達數(shù)年,甚至更長。
徐變變形主要發(fā)生在水泥膠凝體之中,其微觀機理主要有:在應(yīng)力作用下,水泥膠凝體的滑動或剪切所產(chǎn)生的水泥漿的黏稠變形。在應(yīng)力作用下,由于吸附水的滲流或?qū)娱g水轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的緊縮。水泥漿體在持續(xù)受壓后,膠凝粒子之間的吸附水和層間水就會緩慢排出而產(chǎn)生變形。當水被擠出后,膠凝微粒承受的應(yīng)力增加,而作用于水的壓力相應(yīng)減小,結(jié)果導(dǎo)致水的滲出速度減小,這也可解釋為何加荷初期混凝土的徐變速率較大,而后徐變速率隨時間不斷減小。由水泥膠凝體對骨架(由骨料和膠體結(jié)晶組成)彈性變形的約束作用所引起的滯后彈性變形。由于局部破裂(在應(yīng)力作用下發(fā)生微裂及結(jié)晶破壞)以及重新結(jié)晶所產(chǎn)生的永久變形。
(2)收縮
混凝土的收縮,主要是混凝土體內(nèi)水泥膠凝體中的水分蒸發(fā)而使本身體積縮小的一種物理化學(xué)現(xiàn)象,它不依賴于荷載,但受環(huán)境濕度影響明顯。在無約束情況下,收縮會產(chǎn)生隨時間而變化的變形,收縮應(yīng)變初期發(fā)展較快,爾后逐漸減慢,其延續(xù)時間同樣可達數(shù)年,甚至更長,但在混凝土內(nèi)不會產(chǎn)生應(yīng)力;然而,當兩端被約束時,收縮無法使混凝土產(chǎn)生變形,但是會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生收縮應(yīng)力,此應(yīng)力的數(shù)值也與時間相關(guān)。
目前對混凝土收縮機理的闡述,主要有以下三種。
①干燥收縮收縮(drying shrinkage)干燥收縮的原因是混凝土內(nèi)部水分的消失。但是需要注意的是,干燥伊始所損失的自由水分并不會引起混凝土的收縮。干燥收縮主要是由于吸附水的損失,這是因為吸附水會產(chǎn)生一種斥力來平衡混凝土內(nèi)膠凝質(zhì)點間的分子引力,一旦失去吸附水,膠凝質(zhì)點就會在分子引力下相互靠近,造成表觀上的混凝土收縮。
②自發(fā)收縮(spontaneous shrinkage)
自發(fā)收縮是在沒有水分轉(zhuǎn)移下的收縮,其原因是水泥水化物的體積小于參與水化反應(yīng)的水泥和水的體積,因此這是一種由水泥的水化反應(yīng)所產(chǎn)生的固有收縮。與干燥收縮相比,其值一般是微不足道的,而對于高強混凝土來講,由于其具有較高的水泥含量,因此,早期水泥水化所產(chǎn)生的自發(fā)收縮占總縮量的比重較大,應(yīng)予以考慮。
③碳化收縮(carbonated shrinkage)
碳化收縮是混凝土中的水泥水化物與空氣中的C02發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。例如水泥水化物中的Ca( OH)2碳化成CaC03,而Ca( OH):結(jié)晶體的溶解以及CaC03的沉淀,會使混凝土的體積減小,即碳化收縮。
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