加速干燥条件下混凝土徐变试验研究

彭晋轩 孙 璨 郑海鹏 郑锦灿

加速干燥条件下混凝土徐变试验研究

彭晋轩 孙 璨*郑海鹏 郑锦灿

（东莞理工学院 建筑工程系，广东东莞 523808）

徐变效应是混凝土材料的长期固有特性，通过短期试验难以分析混凝土构件强度、含水率等因素对徐变效应的影响规律。在混凝土试件加速干燥试验的基础上，进行了一系列加速干燥和未加速干燥混凝土试件的长期同步加载试验，探讨了加速干燥条件下混凝土徐变效应的变化规律。初步研究表明，加速干燥试验能减缓混凝土试件徐变效应的开展程度及发展速率，从而缩短混凝土长期徐变效应试验的观测周期。

混凝土；徐变；加速干燥；长期试验

徐变、收缩效应是混凝土的长期固有特性，自混凝土结构及构件施工生成直至长期使用期内不断发展变化［1］。目前，关于混凝土徐变及收缩效应的各种成因、机理及预测模型种类多样，尚未形成统一［2］。综合较权威的美国ACI209委员会建议［3］、欧洲混凝土-预应力协会CEB-FIP90规范［4］以及Bazant等［5］学者长期研究成果，一般认为，徐变是混凝土受长期压应力作用而产生的效应，其变形机理主要包括水泥胶体的粘稠变形和滞后弹性变形、吸附水渗流或层间水转移等；收缩则与外荷载作用无关，主要是混凝土干燥失水和碳化两种作用所引起的收缩变形的叠加。

一般地，混凝土构件长期徐变、收缩总变形可达初始弹性变形的2～3倍以上，对结构及构件的长期工作性能有着重要影响，因而有必要深入研究混凝土长期徐变、收缩效应及其影响因素。然而，混凝土构件的徐变、收缩变形通常在最初的1～3年内发展较快，随后变化速率逐渐降低，总的变形发展可持续20～30年以上，且变形量始终维持在较微小的量级（长期应变极限值仅300～800个微应变），因此，受时间、观测精度等条件限制，针对混凝土徐变、收缩效应的研究难度较高、周期较长，现有理论成果多是基于中短期观测数据拟合预测长期发展情况。那么，能否采用加速试验合理缩短徐变、收缩效应的发展进程，当前国内外尚少见报道。

本文在混凝土试件加速干燥失水试验的基础上，重点开展了加速干燥的混凝土试件同未加速干燥的试件长期同步加载的试验对比研究，初步探讨了在加速干燥条件下混凝土徐变效应的变化规律及主要影响因素，并考察了通过加速干燥试验缩短混凝土徐变效应试验观测周期的可行性。

1 混凝土加速干燥试验

制作多组棱柱体试件（100 mm×100 mm×400 mm），混凝土标号C30，配合比中水的初始含量为8.75%。在养护28天后，对AL组（3根）试件通过烘箱进行连续干燥。通过多次称重对比，发现在160℃温度下连续干燥58 h左右，混凝土试件质量基本不再变化（表1），此时可测得28天龄期混凝土试件从开始加速干燥至完全干燥，试件失水量占加速干燥前试件重量的7.76%。

表1 试件连续干燥质量变化情况/kg

在表1测试数据的基础上，采用同样的烘箱条件，对AH组混凝土试件进行定时加速干燥测试，分别获得在干燥4 h内不同时段的试件质量变化规律，如表2及图1所示。可见，试件加速干燥失水量同时间基本呈线性关系，而加速干燥4 h后，试件失水量平均约占试件初始质量的0.41%。

表2 加速干燥时间对应质量变化/kg

图1 各试件加速干燥的质量变化趋势

2 加速干燥混凝土长期加载试验研究

基于混凝土试件失水速率的测试结果，另取四组混凝土棱柱体试件进行长期加载试验，其中BH-1组不进行加速干燥，BH-2组、BH-3组、BH-4组分别在160℃烘箱内加速干燥0.5 h、1 h、1.5 h。然后，四组试件采用自制的多套自平衡加载装置同步进行长期加载测试，初始加载龄期7天，如图2所示：

图2 自平衡长期加载装置

该长期加载装置中，BH-1、BH-4组在同一加载设备中，初始荷载为36.02吨；BH-2、BH-3组在同一套加载设备中，初始荷载为37.72吨；采用千分表定期读取长期变形量，采用钢弦式应变计跟踪长期荷载变化情况，当观测到长期荷载卸载超过5%时进行复加载；另取未加速干燥、加速干燥1 h及基本干燥完全等各1组试件同步进行未加载的收缩变形量观测，120天收缩变形观测结果（环境相对湿度平均为82%）如表3所示：

表3 收缩变形120天观测结果平均值

对不同加速干燥程度的试件进行长期加载的变形观测结果如图3所示：

图3 各组试件长期加载变形实际观测数据

由图3可见，在已进行的250天加载观测周期内，各组试件包含收缩及徐变效应的长期变形增量的平均值有不同程度的发展变化，试件加速干燥时间越长，长期变形发展水平则越低；其中，BH-2组、BH-3组长期变形发展规律较符合理论模型，而BH-1、BH-4组长期变形观测值有较大波动，特别是BH-4组出现变形反向增长，数据基本失效，与试验精度有限、测试仪器失真等因素有关。

3 试验结果分析

3.1 试验数据计算对比

结合收缩变形同步观测时间（120天），从长期加载观测结果中选取前120天长期变形增量，扣除相应的混凝土收缩变形值后，得到试件的徐变应变（如式（1））及徐变系数（如式（2））。具体如表4所示：

表4 加载120天徐变系数计算

上式中，t0-初始加载时刻；tsh-收缩起始时刻；t-计算时刻；Δεl（t0，t）-长期应变增量；εcr（t0，t）-徐变应变；εsh（tsh，t）-收缩应变；φ（t0，t）-徐变系数；εe（t0）-初始弹性变形。

表4试验数据同CEB-FIP90理论模型［4］计算所得徐变系数发展曲线（图4）对比可知，未加速干燥的试件120天徐变系数1.79较高于理论计算值（1.56）；从初步试验结果来看，通过加速干燥，混凝土徐变、收缩效应的发展趋势出现不同程度的减缓，初步表明加速干燥试验能够不同程度地减缓混凝土徐变效应的量级及发展速率。

图4 CEB-FIP90模型徐变系数理论曲线

3.2 影响因素分析

一般来说，影响混凝土试件徐变效应的因素主要包括混凝土的强度、含水率、应力水平、加载龄期、持荷时间、环境相对湿度等。

本试验中，各组试件在相对封闭的试验间内同步制作、养护、加载，并基本保持各组试件长期应力水平相近；同时，跟踪观测所处环境的湿度条件变化可知，实验环境相对湿度的变化范围在72%～85%之间，平均相对湿度约为80%。综合上述可见，本试验中影响混凝土各组试件徐变效应差异的主要因素是混凝土的含水率。

由表4可知，分别加速干燥0.5 h、1 h的试件120天徐变系数分别为未加速干燥试件徐变系数的67%和35%左右。从直观数据判断，混凝土徐变效应发展的减缓幅度受加速干燥时间的影响及含水率的变化较为敏感，究其原因，除含水率的变化外，还不能忽视以下几个重要因素：

1）高温条件下试件干燥的同时也不同程度地加速了混凝土碳化及水泥胶体的水化作用；

2）试验测试条件的限制及测量精度误差可能较大；

3）试验过程中自平衡持荷装置随着试件变形的增长存在卸荷的趋势，复加的那部分荷载加载龄期同初始加载时不同，也会产生一定的误差；

4）目前已有的有效试验数据资料尚且不足。

本次试验探讨了加速干燥条件下混凝土徐变效应发展变化的基本规律，初步表明通过加速干燥的方式加快混凝土徐变效应发展进程的可行性及可控性，但相关试验数据及发展规律的可靠性，以及干燥条件、时长等因素同长期徐变效应发展的对应关系等问题，尚需更多长期试验数据进一步验证及研究。目前，以上各组试件仍在持续加载观测中。

4 结语

本文在采用加速干燥失水的方法调节混凝土试件含水率的试验基础上，进行了不同干燥程度及未加速干燥的混凝土试件长期同步加载对比试验研究，初步探讨了混凝土试件不同干燥程度下徐变效应发展的基本规律，为实现有效缩短长期效应试验观测周期奠定了一定的基础。

已有试验数据初步表明，在混凝土强度、应力水平、加载时间及环境相对湿度等因素均基本保持一致的情况下，混凝土试件含水率的加速降低对其徐变效应的发展影响较为显著。

然而，受到试验周期、试验精度等复杂因素条件的限制，目前已有试验成果尚显不足。因此，在下一步研究工作中，一方面要继续观测仍在持续加载的混凝土试件长期变形数据，另一方面需在优化试验条件及精度的基础上，从混凝土含水率、碳化程度、强度、弹模变化等多方面开展更为丰富的试验及理论研究，获取更多参数、更长周期的分析数据，以进一步摸清混凝土徐变效应的长期发展规律，并建立完善混凝土加速干燥条件同徐变效应发展的对应关系。

［1］ 周履，陈永春.收缩徐变［M］.北京：中国铁道出版社，1994：35-46.

［2］ 孙璨.钢筋混凝土结构长期徐变收缩效应研究及应用［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学博士学位论文，2010.

［3］ ACICommittee209.Prediction of Creep，Shrinkage and Temperature Effect in Concrete Structure［S］.American Concrete Institute，1992：15 -21.

［4］ Comite’E’uro-International du Beton-Fe’de’ration International de la Pre’contrainte（CEB-FIP）.Model Code for Concrete Structure［C］.Thomas Telford Services Ltd，1990：51-58.

［5］ ZP Bazant，WPMurphy.Creep and Shrinkage Prediction Model for Analysis and Design of Concrete Structure-model B3［J］.Materials and Structures.1995，28（1）：21-32.

An Experimental Research on Creep Effect of Concrete after Accelerated Drying

PENG Jin-x uan SUN Can ZHENG Ha i-p eng ZHENG Jin-c an

（Department of Civil Engineering，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

Creep effect is one of the long-term and inherent rualities of concrete.Generally，it is difficult to study the influences of concrete strength and moisture content only by short-term experimental research.A series of long-term loading experiments of concrete members after accelerated drying are designed and developed to compare with undried members，based on the accelerated drying experiment.The creep effect of concrete after accelerated drying is explored and the initial results show that accelerated drying experiment can slow down the development degree and rate of creep effect of concrete，shortening the test period of creep experiment.

concrete；creep，accelerate drying；long-term experiment

TU528

A

1009-0312（2014）03-0097-05

2014-06-03

广东省省级“质量工程”大学生创新训练计划项目（2012）。

*通讯作者：孙璨（1980—），男，江苏淮安人，讲师，博士，主要从事新型建筑材料研究。