混凝土收缩徐变影响因素及对结构影响分析

文 / 上饶市铅山公路事业发展中心 胡钦

引言

一直以来，国内外许多专家、学者针对混凝土进行收缩徐变等问题开展了长期的科学研究和实践工作，并已经取得了一批重要的研究成果。但是如何有效地预计和监督控制混凝土的收缩和徐变及其对于结构材料各种机械性能的影响还是一个极其复杂且难以解决的问题，国内外也不乏由于混凝土的收缩和徐变而严重影响到整个建筑结构的使用寿命、甚至可能会导致工程安全事故的例子。

尽管对混凝土的收缩和徐变已经进行了几十年的实践和研究，认识在不断提高，收缩和徐变对结构的影响分析、计算理论和方法在不断发展，但是预计和控制混凝土的收缩和徐变及其对结构物性能的影响仍然是十分复杂而又难以获得精确答案的问题。国内外不乏桥梁工程因为混凝土的徐变引起梁体挠度过大而出现质量问题、甚至坍塌的实例。

混凝土收缩徐变基本理论

混凝土的收缩机理有自收缩、干燥收缩、化学减缩、塑性收缩、碳化收缩、温度收缩等。

导致混凝土徐变的原因较为复杂，主要可认为与水泥胶浆体、水泥胶凝体对混凝土微观组成的影响，以及由于局部发生微裂、结晶破坏以及重新结晶与新的联结而产生的永久变形等有关。混凝土徐变会增加结构变形并导致附加应力，对结构的受力影响较为明显，因此应予以充分重视。

混凝土的徐变性就是指混凝土中的保持在一定范围内，并且随着时间的推移而保持恒定。国内外针对混凝土徐变的分析仍然存在着各种差异性的理论，所要考虑到的具体影响因素也与之大不相同，并且都采用了不同的计算方法。对于钢筋混凝土徐变程度的大小，通常可以采用先进的徐变系数方法来加以描述。

混凝土收缩徐变的影响因素

现有文献表明收缩变形较大的混凝土构件通常徐变也较大。因此，一般认为混凝土的一些基本因素共同影响了混凝土收缩和徐变。同时收缩和徐变又具有各自的特性，影响混凝土构件的收缩和徐变的因素不完全相同。

影响钢筋混凝土的收缩徐变性能的因素非常多，在钢筋混凝土材料制品的设计生产制造和安装使用的整个工艺流程中所受到的各种影响因素也都会直接对其产生一定的影响。

影响混凝土收缩的主要因素是由于结构本身所处环境的相对湿度，混凝土的组成以及构件的理论厚度。而影响徐变的因子又可以划分为内部因子与外部因子两类。内部影响因素主要是指:水泥的品种、骨料、水灰比、水泥材质用量、水灰浆利用率、外加剂等；外部条件因素主要是指：加荷年限、环境温度和空气湿度、持荷时间、加荷应力、试件大小、碳化等。

水泥品种对混凝土收缩徐变的影响

一般来说，水泥的组成材料及其品种或化学成分组成中的物质对于钢筋混凝土的收缩没有太多的直接影响，但是经过膨胀后的钢筋水泥却可以很好地有效减少混凝上的过度收缩。再次，水泥的主要结构组成成份对于钢筋混凝土干燥自生膨胀收缩的直接影响就远远地要大于对干燥自生收缩的直接影响。

水泥的不同品种对于控制混凝土徐变的重要性，在于它们对各种混凝土基体进行压力加载后的过程对其中的压力强度改变有着不同的程度影响。而且当不同加载时的工作时间年限、应力以及其它加载条件不同时，导致改性混凝土中的改性水泥浆也会直接造成徐变。

骨料对混凝土收缩徐变的影响

骨料的等级品质对再生混凝土的收缩徐变性能起到了决定性的作用，不同等级的骨料所构成的再生混凝土在收缩与徐变的性能上也具有较大的差异性。

混凝土收缩徐变受骨料影响主要有以下两个方面：第一是骨料的吸水率，第二则是骨料的刚度。对于混凝土收缩，水泥浆对其影响很大，而水泥浆中的骨料控制着水泥浆的性能。

骨料等级越高的再生混凝土在收缩徐变性能方面越好，而低等级骨料再生混凝土在收缩徐变性能方面则表现较差。对目前国家标准中不同等级的骨料再生混凝土的收缩与徐变的性能进行深入地分析与把握，可以加深对再生混凝土的理解，优化对再生混凝土的利用。

含水量对混凝土收缩徐变的影响

含水率对于建筑水泥混凝胶体和钢筋混凝土干燥和膨胀收缩过程都有很大的影响。当每方量钢筋混凝土工程中的各种水泥填料使用量都相同时，水灰比的值越大则其膨胀收缩就越大。不同种类的水泥，并不会对混凝土产生徐变有所影响，但应用水泥时，其中的含水量会影响水含量当中的洁晶程度。

养护及使用条件下的温度和湿度对混凝土收缩徐变的影响

对水泥混凝土采用低温蒸汽法进行养护或者是高压蒸汽法进行养护，这样就有利于控制水泥混凝土水化过程中的湿度与温度，促进了混凝土强度的增长和水泥砼凝胶体密实性的提升。因而，蒸汽养护或者是高压蒸汽养护都可以在一定程度上降低了收缩，并且这样就有利于徐变。

养护过程中，温度高、湿率大、水泥浆的水化效果充分，徐变就小，采用蒸汽养护可使徐变减小约20%～35%。当构件受荷时，温度和相对湿率就可能会愈来越高，则徐变也变得更加严重。

配筋时混凝土收缩徐变的影响

钢筋在控制混凝土发生变形中具有约束性，从理论上说就是减少了混凝土发生的收缩徐变。但到目前为止，绝大多数的收缩徐变试验均未能充分考虑到对配筋的影响。

混凝土的收缩和徐变都具有时变性，配筋混凝土的收缩徐变比素混凝土的收缩徐变更为复杂。混凝土的收缩徐变造成混凝土和钢筋的内力重分布也是一个时变过程，混凝土应力的变化反过来又影响徐变的发展，两者相互耦合，并且由收缩导致的内应力将进一步影响徐变变形。

加载龄期对混凝土徐变的影响

影响混凝土徐变的因素众多，加之现代混凝土生产工艺、材料组成等诸多变化，有关高性能混凝土徐变，尤其是龄期徐变的研究目前还处于起步阶段，现有大多数的徐变研究仍偏向于研究硬化混凝土的压缩徐变，对于拉伸徐变尤其是早龄期的拉伸徐变，研究甚少。此外，以往关于加载龄期对拉伸徐变的影响，往往局限于单一的温度，对于不同养护温度条件下加载龄期对于徐变发展的影响在现有文献中鲜有提及。

混凝土收缩和徐变对结构的影响以及措施对结构构件的影响

收缩和徐变对于钢筋混凝土及其应力收缩状况、变形结构特征及其性能和内部裂缝的变形控制等均有很大的重要影响，由于钢筋混凝土的应力收缩徐变导致的巨大应力，不但可以直接促使钢筋混凝土主体结构内部基层产生较大变形、裂缝，从而大大减少其主体强度和结构刚度，而且它还可以直接促使钢筋混凝土内部基层发生微小的裂缝，破坏了钢筋混凝土的内部微观主体结构，降低了钢筋混凝土保护层和砼的强度及砼的耐久性。

减少收缩和徐变的措施

为了减小钢筋混凝土在结构中的收缩和徐变而产生的不利作用，总结工程中有如下措施：

（1）严格控制钢筋混凝土的水灰比。由于钢筋混凝土中的徐变主要来源于水泥砂浆的快速流动。水灰比也是直接影响钢筋混凝土徐变的一个重要因素。由于水灰比大的钢筋混凝土，水泥颗粒的间距较大、空隙较多，毛细管的孔径较多，所以徐变性较大。但是当水泥使用量保持不变，混凝土的徐变就会随着水灰比的提高而逐渐增大。

（2）增加骨料体积的含量，通常我们认为在钢筋混凝土中骨料属于惰性，在高荷载的作用下仅会产生一定的弹性和变形。所以徐变主要是由于水泥砂浆造成，然而骨料的留置对于混凝土发生变形具有良好的制约作用。

（3）减少减水剂的使用，使用减水剂可以直接让钢筋水泥的砂浆颗粒较为分散且更加容易被水化，产生了更多的钢筋水泥混凝浆体，而水灰比与灰浆率却没有因此发生任何大的变化，所以这就可能会直接导致一些钢筋混凝土的收缩徐变的幅度逐渐增大。因此要尽量减少减水剂的使用。

结论

混凝土的收缩、徐变作为混凝土结构构件伴随着时间推移发生的最常见的现象，对混凝土构件的使用性能有着重要影响。

欲意消除混凝土的收缩徐变对结构的负面影响是不现实的，只能在结构的设计阶段考虑结构可能会出现的各种不利的影响，并进行合理的设计，预留足够的安全储备，使结构在施工和使用的各个阶段能够确保足够安全。

当然合理的设计也是基于对混凝土的收缩徐变的性质和影响有足够的理解，才能在足够安全的前提下达到一定的经济效益。