干燥失水对混凝土徐变的影响.pdf
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1、2 0 1 1年 第 1 O期 (总 第 2 6 4 期 ) Nu mb e r 1 0i n 2 0 1 1 ( T o t a 1 No 2 6 4) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RE TI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 0 0 1 1 干燥失水对混凝土徐变的影响 慕儒 一 。田稳苓 1 l 2 ,白彦岗, 一2 ( 1 河北工业大学 土木工程学院,天津 3 0 0 4 0 1 ; 2 河北省土木工技术研究中心,天津 3 0 0 4 0 1 ) 摘要 :
2、干燥 不仅引起 混凝 土收缩增 加 , 也导致 徐变增 加。 通过试 验研究 混凝 土失水 干燥与徐变增加 的相关性 , 分析了干燥过程 中骨料 、 外加剂对徐变的影响, 验证失水改变孔隙充水程度进而影响混凝土力学性能、 宏观表现出徐变增加的机理。 研究结果表明, 混凝土徐变随 干燥失水程度线形增加, 粗骨料本身质地是骨料影响徐变的主要原因; 外加剂改变了混凝土孔溶液的表面物化性能, 导致孔溶液与孔壁相 互作用变化及干燥过程改变, 是外加剂影响徐变的根本原因。 关键词: 混凝土;徐变;干燥;外加剂 中图分类号 : T U5 2 8 叭 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5
3、 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 3 I - 0 3 Cr e ep o f c onc r e t e dMe t o de s i c c a t i on M U Ru T I AN W e n l i n g1 , 2 BAIYa h - g a n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g , He b e i Un i v e r s it yo f T e c h n o l o g y , T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 , C h i n a ; 2 C i v i l E n
4、 g i n e e ri n gT e c h n o l o g y Re s e a r c hC e n t e r o f He b e i P r o v i n c e , T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 , C h i n a ) Abs t r a c t :T h e d r y i ng c a us e s t h e i n c r e a s e i n s h r i n ka g e a s we l l a s c r e e p o f c o n c r e t e I n t h i s p a p e r , t h e c r e
5、 e p o fc o n c r e t e du e t o moi s tur e l o s t i s o b s e r ve d Th e the o r y t h a t moi s t u r e l o s e c h a n g e s t h e me c h a n i c a l be h a vi o u r o f c o n c r e t e a n d he n c e c a u s e s the e x t r a c r e e p i s e x pe rime n t a l l y v e rifi e d In t he e x p e
6、rime n t a l t e s t s , the i n flu e nc e o f the t y pe s o f c o a r s e a g g r e g a t e a n d c h e mi c a l a d mi x t u r e s o n t h e e x t r a c reep d u e t o d r y i n g a n d t h e r e l e va n t me c ha n i s ms are i n v e s t i g a t e d T he t e s t r e s ul t s s h o w tha t the
7、c r e ep o f c o n c r e t e i n c r e a s e s wi t h mo i s t ure l o s s p r o p o r t i o n a l l y T h e c h a n g e i n c r e e p wi th the c ate g o ry o f c o ars e a g g r e g a t e i s ma i n l y d u e t o t h e d i f f e r e n c e i n the rig i d i t y o f c o ars e a g gre g a t e s Th e
8、c h e mi c a l a d mi x t u r e ma y mo d i f y the S i l l- f a c e p h y s i c c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f po r e l i q u i d an d h e n c e the d r y i n g p r o c e s s a s we l l a s the i n t e r a c t i o n b e t we e n th e l i q u i d i n p o r e s a n d the po re s u r - f a c
9、e s are c h a n g e d, wh i c h a c c o u n t s f o r the i n flu e nc e of c he mi c a l a d mi x t u r e s o n c re ep o f c o n c r e t e Key wor ds : c o n c r e t e ; c r e e p; d e s i c c a t i o n; s h rink a ge 0 引言 混凝土的变形是近年研究的热点, 所谓变形是指混凝土体 积或者长度的变化, 自由状态下的变形以体积或者长度减小为 主称之为收缩, 外部荷载引起的非破坏性
10、的随龄期增加的变形 称之为徐变, 围绕混凝土的收缩和徐变国内外开展了大量的研 究。 一般认为, 环境因素尤其是干燥是导致混凝土收缩的最主要 原因之一, 关于干燥收缩提出了以毛细孔表面张力理论为代表 的机理并建立了相应的干燥收缩模型口 - 4 。 其实, 混凝土的徐变 受环境因素影响也很大5 , 但是相关的研究较少。 本文通过试验, 研究了干燥失水引起的混凝土徐变, 分析了原材料、 配合比以及 外加剂等因素对干燥失水的影响, 进而影响徐变不同及其机理。 1 干燥失水影响徐 变的机理 荷载作用下, 混凝土首先会产生弹性变形 , 随着龄期的增 长, 变形会逐渐增加。 起初研究人员以为这种增加的变形是
11、收缩 造成的, 后来发现增加的变形大于 自由状态下的收缩 , 也就是 有额外的变形出现了。 经过不断的研究和认识 , 把这部分额外的 变形定义为徐变。 对于多孔材料, 荷载作用产生的应力分布在孔隙周围发生 收稿 日期 :2 0 1 1 _ 0 3 _ 2 8 变化, 孔隙状态不同, 孔隙周围的应力分布也相应不同。 应力分 布与孑 L 隙状态的对应关系是分析混凝土干燥过程影响其徐变 性能的基础, 也就是干燥导致徐变变化的机理闭 。 混凝土是一种多孔材料, 各种尺寸各种形状的孔隙分布于 基体中, 也可以看作是不同于基体的介质嵌入其中。 应力集中或 者徐变分析根据具体情况可以采用平面或者三维的分析方
12、法。 根据弹性力学理论旧, 受均布单向应力 。 作用的其中有一个圆 孔 的匀 质板 , 如果孔径 远小 于板 的边长 , 孔壁 的应力 可以达到 3 。 , 但是随着离孑 L 壁距离的增加 , 应力迅速减小。 反之 , 受均布 单向应力 作用匀质板中部有一个刚性圆形嵌入体而不是孔 隙 , 如果嵌入体刚性远大于基体 , 则嵌人体周围基体的应力小 于 , 随着离孔壁距离的增加, 应力逐渐增加。 嵌人体周围基体 中的最大应力主要受基体泊松比的影响。 假如泊松比为 0 2 , 嵌 入体周围的竖向应力分布如图 1 所示, 也可用式( 1 ) 描述。 r 3 3 r 5 , 、 p c可c l J L 式
13、中: P 嵌入体周围竖向应力分布; 。 外部应力 ; r 嵌入体半径 ; S 到嵌入球体中心的距离。 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 1 刚性球形嵌入体周 围基体中的竖向应力 如果基体中不是刚性嵌入体而是球形孔隙, 相应的竖向应 力可以用式( 2 ) 和图2描述。 (砉+ 3 7 ) ( 2 ) p c I + s J 2 ) 外部应力, 图2 球形子 L 隙周围基体中的竖向应力 比较这两种情况可以看出, 当s = r 时, 刚性嵌入体周围的竖 向应力为零而孔隙周围的应力为两倍的( 名义) 外部应力。 可见, 空 的孔隙周围基体的应力显著大于刚性嵌入
14、体周围基体的应力。 B r o o k s r n 首先采用孔隙和嵌人体的方法来分析混凝土的徐 变。 混凝土的收缩、 徐变主要来 自于水泥浆体。 一般认为 , 水化 硬化后的水泥浆体由水化产物( 水化硅酸钙 C S H和氢氧化钙 C a ( OH) ) 、 凝胶孔( 水) 组成。 凝胶水的变化对收缩 、 徐变有非常 重要的影响, 尤其是 2 5 5 0 n n l 的较小的凝胶孔隙水影响最大。 水泥浆体中凝胶孑 L ( 水) 的体积一般可达到 2 5 - 2 8 , 也就是 凝胶孔的孔隙率。 当这些孔隙充满水处于饱和状态时, 相当于刚 性嵌人体的情况。 反之, 随着干燥程度提高 , 孔隙逐渐失
15、水 , 相 当于上述基体中的孔隙, 这时水泥浆中空的孔隙周围固体凝胶 中的应力显著大于充满水的孔隙周围固体凝胶中的应力。 孔隙 间固体凝胶中的平均应力为: p d rO r ( 3 ) l p I j J 0 5 s r J r 式中: p 由式( 1 ) 、 ( 2 ) 确定; S 到孔隙中心的距离。 充满孑 L 隙和全空孔隙的孔间固体凝胶 中平均应力分别为 0 5 6 g 和 1 4 4 tr 。 也就是说, 如果孑 L 隙从完全饱和( 充满) 状态转 变为全空状态时, 其周围水泥石中的平均应力增加到 2 5 7 倍。 根据以上不同孔隙状态下, 孔壁和孔间应力分布情况, 混凝 土从最初的高
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