混凝土收缩徐变效应影响因素分析

杨小冬 孟 江

(陕西省交通规划设计研究院，陕西西安 710068)

0 引言

近年来，国内外众多专家和学者对混凝土的收缩徐变进行了大量研究工作，并且取得了一批重要的研究成果。但是预计混凝土的收缩徐变和控制混凝土的收缩徐变是一个十分复杂的问题，国内外不乏因为混凝土的收缩、徐变影响结构使用寿命，甚至造成工程事故的例子。

CEB调查了大量混凝土悬臂梁桥的变形资料，部分桥梁在建造完成8年～10年后挠度仍有明显的增长趋势，这些桥梁的后期挠度增长均由混凝土的收缩徐变效应引起，所以研究混凝土收缩徐变对结构的影响非常重要。一般情况下，缺乏试验资料时，混凝土收缩应变效应的分析更多的依赖于已经有的收缩徐变预测模型。

1 混凝土收缩徐变基本理论

1.1 收缩徐变机理

混凝土的收缩徐变是混凝土材料本身固有的特性，是对混凝土结构进行设计和计算的一个非常重要的内容。对于空间结构桥梁工程而言，计算混凝土的收缩徐变更加重要，而且要求更高。混凝土的收缩、徐变在桥梁的使用年限内一直存在，且收缩、徐变的大小与桥梁结构形式、构造截面组成方式以及施工方法等有密切关系。

混凝土的收缩是其在非荷载作用因素下体积变化而产生的变形。影响混凝土的收缩因素很多，变化幅度较大，一般难以准确定量。但对于重大的大型混凝土结构，需要对混凝土收缩变形值进行定量分析，在条件允许的情况下，进行混凝土试块的短期收缩试验，可以推断其收缩变形极值，如果条件不允许，则按照相关设计规范提供的计算公式以及参数来进行计算。混凝土的收缩大小由收缩应变来反应，通常采用收缩应变终止于时间函数的乘积。

混凝土徐变是指在混凝土中应力保持不变的情况下混凝土的应变随时间增长的现象。国内外对混凝土徐变的计算、分析存在很多不同的理论，选取的参数和考虑的因素也大不相同。对于混凝土的徐变大小，通常采用徐变系数来描述。

1.2 影响混凝土收缩徐变的主要因素

影响混凝土收缩、徐变性能的因素很多，而且各个影响因素之间也是互相作用的。在混凝土结构设计、施工及使用过程中所涉及的各因素都会对其产生影响。其主要影响因素为结构所处环境的相对湿度、混凝土成分和构件的理论厚度等因素。而徐变的影响因素可分为内部因素和外部因素两类。内部因素主要指:水泥品种、水灰比、灰浆率、骨料、外加剂等;外部因素主要指:加荷龄期、加荷应力、持荷时间、环境温度、湿度、试件截面尺寸和混凝土碳化程度等。

2 混凝土收缩徐变效应主要影响因素分析

2.1 理论厚度计算模式

混凝土构件与大气接触的湿周周长是影响理论厚度的重要参数。以预应力混凝土T构为例，根据不同的施工阶段使用不同的计算模型。当桥梁合龙后，箱梁闭合室内的空气相对湿度变化较小，导致箱梁闭合室内表面混凝土与其所接触空气间的水分交换速率有所减小，因此，在计算其理论厚度时计算公式中的表面周长应有所折减，与合龙前应该有区别。当桥面铺装层施工完后，箱梁顶板外表面与空气间几乎不存在水分的交换，这样其理论厚度发生了显著的变化，因此，对于大跨度桥梁合龙前和合龙后，所采用的理论厚度计算式见表1。

表1 箱梁理论厚度计算公式

在三种不同的理论厚度计算模式下，采用JTG D62-2004模型计算的混凝土收缩应变和徐变系数如图1所示。

可以看出，构件理论厚度对混凝土收缩应变比较敏感，A模式比C模式的收缩应变终值大30%左右;而徐变系数对构件理论厚度敏感度较小。因而，徐变系数和收缩应变随构件与大气接触周长增加而增大。

2.2 加荷龄期

加荷龄期是影响混凝土收缩徐变效应的一个重要因素，对同样截面的混凝土梁(各参数如前所述)的徐变系数和收缩应变采用JTG D62-2004模型进行计算，加荷龄期分别取为3 d，7 d，10 d，14 d，28 d，分析结果如图2所示。

混凝土的收缩与水灰比、温度、湿度、集料、水灰比、配筋等因素相关，与外荷载施加无关。而混凝土的徐变效应随着加荷龄期的增加而减小，当加荷龄期由3 d增加到28 d时，混凝土徐变效应终值减小80%左右。

2.3 相对湿度

在JTG D62-2004模型中已考虑了环境平均相对湿度的影响，对同样截面的混凝土梁(各参数如前所述)的徐变系数和收缩应变进行计算，相对湿度分别取为50%，60%，70%，80%，分析结果如图3所示。

图1 不同湿周计算模式对混凝土收缩徐变效应影响

图2 不同加载龄期对混凝土收缩徐变效应影响

图3 中可以看出，模型对环境平均相对湿度比较敏感，当环境平均相对湿度从50%升至80%时，徐变系数减小近30%，而收缩应变减小达50%。相比较而言，环境相对湿度变化对混凝土收缩效应较徐变效应更大。

图3 不同相对湿度对混凝土收缩徐变效应影响

3 结语

1)构件理论厚度对混凝土收缩应变比较敏感，而徐变系数对构件理论厚度敏感度较小。因而，徐变系数和收缩应变随构件与大气接触周长增加而增大。

2)混凝土的收缩与水灰比、温度、湿度、集料、水灰比、配筋等因素相关，与外荷载施加无关。而混凝土的徐变效应随着加荷龄期的增加而减小，当加荷龄期由3 d增加到28 d时，混凝土的徐变效应终值减小80%左右。

3)收缩徐变效应对环境平均相对湿度比较敏感，当环境平均相对湿度从50%升至80%时，徐变系数减小近30%，而收缩应变减小达50%。相比较而言，环境相对湿度变化对混凝土收缩效应较徐变效应更大。

［1］ 丁文胜，吕志涛，孟少平，等.混凝土收缩徐变预测模型的分析比较［J］.桥梁建设，2004(6):13-16.

［2］ 颜东煌，田仲初，李学文，等.混凝土桥梁收缩徐变计算的有限元方法与应用［J］.中国公路学报，2004，17(2):55-58.

［3］ 周 履，陈永春.收缩徐变［M］.北京:中国铁道出版社，1994.

［4］ 惠荣炎，黄国兴，易若冰.混凝土的徐变［M］.北京:中国铁道出版社，1988.