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低温建筑技术 2 0 1 1 年第 1 期 ( 总第 1 5 1 期 ) 论混凝土限制收缩 问题 张利娟 ， 张献凯 ( 1 公安海蟹学院 。 浙江宁波3 1 5 8 0 1 ； 2 黑龙江省粮食设计院 ， 哈尔滨1 5 0 0 8 0) 【 摘要】 均匀收缩只适应于厚度较薄的构件， 限制收缩才具有普遍的适应性 ， 并把混凝土抗拉设计强度作 为混凝土在收缩及冷缩作用下抗裂性的判断依据。 【 关键词】 限制收缩； 收缩应力 ； 收缩变形 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 2 00 2 近年来 ， 商品混凝 土在应用 过程 中发 现其构 件收 缩变形过大导致的开裂现象 ， 大大提高了混凝土的渗 透性 ， 严重影响结构的耐久性与服役寿命。对此， 笔者 尝试对收缩理论进行梳理分析， 以期能给建筑实务部 门一 点启示 。 1 混凝土收缩概 述 1 1 混凝土收缩 混凝土中水分有化学结合水、 物理 化学结合水和 物理力学结合水三种。混凝土中不同种类水分变化可 以引起 收缩 ， 混凝 土的 收缩主要 有 自生收缩 、 塑性 收 缩 、 碳化收缩和失水 收缩 四种 。其 中 自生收缩是 混 凝土硬化过程 中由于化 学作用 引起的 ， 是化 学结合水 与水泥的化合结果， 也称为硬化收缩 ， 只有 2 0 的水 分用 于水泥硬化反应 ， 对普通硅酸盐混凝 土， 硬化收缩 为缩小变形 ， 其收缩 变形为 41 0 1 01 0 ， 这 种 收缩与外界湿度变化无关 。在塑性 收缩 、 碳 化收缩 和 温度收缩中， 混凝土中约8 0 左右的多余水分蒸发引 起体积收缩， 其值约 3 2 41 0 ， 数量大、 持续时间 长 ， 而且整个过程是 由表及里逐步发展的 。 1 2均匀收缩与不均匀 收缩 目前普遍将混凝 土收缩 看作均 匀 收缩 ， 在外约束 的限制下进行收缩应力计算： 当时间 t 时， 混凝土表面 层收缩率达到J s 时， 沿截面收缩厚度方向各处收缩率 都同时达到 s ， 称为均匀收缩， 只有试件截面不大时， ( 单面收缩厚度 H c m2 T=1 6 c m) ， 收缩最终值是均匀 收缩 ， 达到最终收缩值 的时间较长 ， 均匀收缩在外约束 限制下产生收缩应力 ， 无外 约束 限制下 为 自由收缩。 实践证明 ， 混凝 土收缩是 由表及 里逐渐进 行 的不 均 匀收缩 过程 ， 同一 时间 ， 沿 收缩 厚度方 向有 收缩差 A S存在 ， 当表 面层 日收缩终 止 时 ， 在第 层 尚未收 缩 ， 为收缩特征 系数 ， 此 时产生 的收缩 平均差 最大 ， 由此产生 的收缩应力 ， 为不 均匀 收缩应力 ， 该不均匀收 缩应力由内约束限制产生的， 不考虑外约束的限制， 是 混凝土 出现收缩裂纹的重要原 因之一 ， 例如 4 c m X 4 c m 1 6 e m蒸养粉煤灰加气混凝土试件 ， 在大气中存放六 个月 ， 因收缩 而断裂 ， 这种无外约束情况下的收缩断裂 增大 ， 当聚灰 比为 6 时 ， 混凝土 的抗压强 度与基准混 凝土相近 ， 弹性模 量略低 ， 折 压 比明显增大 ， 与未掺加 羧基丁苯乳液的橡胶混凝 土接 近。 ( 2 ) 橡胶颗粒的掺入， 可显著改善陶粒混凝土 的抗 冲击韧性和耐磨性 ， 复合掺 入羧基 丁苯乳液后 ， 混 凝土的上述两项路用性能略为变差， 但仍优于基准普 通陶粒混凝土。 ( 3 ) 考虑混凝土的柔韧性时， 对橡胶颗粒进行 表面改性并不是理想方 法。 参考文献 1 R a f a t S， T a r u n R N P r o p e r t i e s o f c o n c r e t e c o n t a i n i n g s c r a p t i r e r u b b e r - a n o v e r v i e w J wa s t e M a n a g e m e n t ， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 3 ) ： 5 6 3 56 9 2 朱涵新型弹性混凝土 的研究综述 J 天津建设科技 ， 2 0 0 4 ， ( 2 ) ： 3 53 7 3 吴绪浩 ， 刘朝 晖公路 隧道路 面结构与材料技术研究 J 广 西交通科技 ， 2 0 0 3 ， 2 8 ( 6 ) ： 3 1 3 3 4 张锐 ，黄晓明，赵永利，隧 道路面使 用状 况调查 与分 析( J 公路 隧道 ， 2 0 0 7，( 1 ) ：1 21 6 5 H H u y n h ， D R a g h a v a n D u r a b i l i t y o f s i m u l a t e d s h r e d d e d r u b b e r t i r e i n h i g h l y a l k a l i n e e n v i r o n me n t s J A d v n C e m B s a M a t ， 1 9 9 7，( 6 ) ： 1 3 81 4 3 6 N a d i a S e g r e ， P a u l o J M Mo n t e i r o ， G a r r i s o n S p o s i t o S u rf a c e c h a r - a c t e r i z a t i o n of r e c y c l e d t i r e r u b b e r t o b e u s e d i n c e me n t p a s t e ma t r i x J C o l l o i d a n d I n te rf a c e S c i e n c e ， 2 0 0 2，( 2 4 8 ) ：5 2 1 5 2 3 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 3 1 作者简介 卢文明( 1 9 6 6一) ， 男 ， 山西 运城人 ， 工程 师， 从事 建筑工程技术工作。 张利娟等 ： 论混凝土 限制收缩 问题 2 1 现象 ， 是不能用 目前 的均匀 收缩理 论解 释的。 2 混凝土 限制收缩变形和收缩应力 2 1 限制 收缩 能够产生 内应力 的收缩 ， 即为限制收缩 ， 自由收缩 不产生内应力。限制条件有三： 混凝土收缩在外约 束下混凝土中产生内应力 ， 外约束为混凝土的限制条 件； 钢筋阻止混凝土收缩， 钢筋为限制混凝土收缩的 条件 ； 混凝土不均匀收缩在内约束的限制下 ， 在混凝 土中产生内应力 ， 内约束 为限制条 件。 由限制 收缩产 生的拉应力为 收缩应力 。 混凝土的收缩 S 等 于限制收缩 s 和 自由收缩 5 的和 ， 即 S = S + 5 。限制收缩 s 等于 由它产生 的压 变形 S 。 和拉变形 | s 的和 ， 即 S ： S + Js 。 2 2 限制收缩应力 、 限制收缩的限制条件 ( 1 ) 限制 收缩 应力 o r ： 指单位 收缩 厚度 d H， 在 界面处， 约束条件下， 限制收缩产生的内应力。 d=S b G=S b 0 4 E 式 中， s 为 收缩及 冷缩产 生 的变形 ； E 为混 凝 土 的弹性模量。 ( 2 ) 限制 收缩 的 限制条 件 ：限制 收缩应 力 o r ， 在结构高度 ( 或 厚 度) H截 面产生 的 限制收缩 应力 的 和应 区段内界边处的摩阻约束力 o r 的合力， 即： d日 o r L d；Ld 1 2 L 式中 ， 为结构的长度。 收缩及冷缩在外 约束 限制 下 的计 算 ， 应 根据外 约 束不同情况， 采取适宜的计算方法。在计算大体积混 凝 土早期温度应力 及收缩应 力时 ， 特 别是龄 期三 天的 计算 ， 应采用 同期龄 的弹性模量和抗拉强度计算 ， 应分 为早期抗裂计算和中长期抗裂计算。 3混凝土在收缩及冷缩作 用下抗 裂性的判 断依据 ( 1 ) 通过 收缩及 冷缩 的 变形计 算 ， 用 混凝 土或 配筋混凝土抗拉允许变形 作为判断依据 ： ( f )= 3 2 41 0 一 ( 1 一 P 一 “ ) M M2 M 。 ( 1 ) ( 2 ) 通 过 收缩应 力计算 ， 用 混凝 土抗 拉设计 强 度作为抗裂性判 断依据 。 收缩应力 or 。 配筋混凝 土的抗拉强度 ： ， n、 = E = o ( + 号l 1 0 E ( 2 ) 、 ， 公式( 1 ) 是 9 0年代 中国建筑科学研究 院的研究 人员 ， 经过大量的试验提 出的 ， 为解决实际问题提供 了 依据 ， 其 中系数 、 、 M。 。 都 是材料 相关影 响系数 ， 鸩 是最重要的环境相对湿度影响系数 ， 只有在收缩 厚 度 H2 T的结构才可以视为均匀收缩， 实际上， 绝对 的均匀收缩是不存在的， 因此， 对大体积混凝土该理论 就不再适用， 采用收缩应力 比收缩变形研究收缩裂缝 更适宜， 这样可以采用现有结构计算式， 配筋混凝土的 计算 式求解 收缩及 温度应 力 ， 还 可直接采 用现 行规范 中的数据 ， 便于在工程中应用。 4几种限制条件下收缩及冷缩应力的组合 简支状态 的静定结 构 ， 只考 虑钢 筋 限制 混凝 土收 缩产生的拉应力和不均匀收缩在 内约束限制下产生 的收缩应力 的组合 即可 。 在计算温度应力时， 不用考虑钢筋对冷缩限制怍 用。混凝土内部的升温与导热稳定时低温产生的冷缩 变形 ， 都采用均匀变形计算 ， 不考虑 内约束 的限制作用 ， 只考虑外约束的限制作用。但是在使用条件下， 结j 噻 外 表面和结构内表面的温差对结构的影响必须计算 。 在计算混凝土收缩应 力时 ， 应 考虑 三种 限制条 件 的收缩应力 ， 即均匀收缩 及冷缩 在外 约束限 制下 收 缩 应力 ； 不均匀收缩 由内约束限制产生的收缩应力 ； 钢 筋限制混凝土收缩 ， 在混凝土中产生的拉应力 ， 然后 将 三种约束 状态下的收缩应力 ， 进 行适 当组合。 5结语 目前收缩应力计算将收缩变形当作均匀变形， 这 种状况单对温度变形是可以 应的， 因为混凝土的温 度变化是混凝土内部各组分的统一变化 ， 而且其变化 速度比收缩过程要快得多 ， 而现实当中纯粹 由温度变 化所导致 的混凝 土的收缩 变形是 不存在 的 ， 它总 是伴 随着混凝土 内部孔 隙 中水 分 的变 化所 导 致 的不均 匀 的收缩过 程。混凝土 内部 因水分的变化所导致的收缩 为什么是不均匀收缩 ， 其原因就是混凝土的收缩不是 自由收缩， 它在收缩的过程当中受到来 自其外部的因 素约束、 其内部的钢筋的约束以及混凝土内部的彼此 约束的限制， 这些对 自由收缩的限制导致不均匀收缩 状况， 故限制收缩是混凝土出现收缩裂纹的原因。为 了避免混凝 土出现 因收 缩而导致 的裂纹 ， 就要考 虑把 三种限制条件的收缩应力 进行适 当组合 ， 计算 出混凝 土收缩应力 ， 并以此作为混凝土的抗裂性判断依据。 参 考文献 1 王铁梦 工程结构裂缝控制 M 北京 ： 中 国建筑 工业 出版社 ， 2 O 0 6： 1 7 2 9 2 徐荣年 ， 徐欣 磊 工程 结构裂 缝控 制“ 王铁 梦法 ” 应 用实例 集 M 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 5 ： 5 5 1 3 李治 ， 张献凯 超长不设收缩缝 自防水结构地 面施 工实例 J 低温建筑技术 ， 2 0 0 9 ， ( 1 ) ： 6 2 6 4 收稿 日期 】 2 0 1 00 91 7 作者简介 张利娟 ( 1 9 6 7一)， 女 ， 湖南 岳阳人 ， 教授 ， 从事 土 木工程专业。