[科普中国]-混凝土徐变收缩

混凝土收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象。一般分为塑性收缩(又称沉缩),化学收缩(又称自身收缩),干燥收缩及碳化收缩,较大的收缩会引起混凝土开裂。混凝土徐变(creep of concrete)：混凝土在荷载的长期作用下所产生的变形。

概念混凝土体内所含水分的变化、化学反应以及温度降低等物理化学因素引起其本身体积缩小的现象，统称为混凝土的收缩。它是不依赖于荷载，而与时间有关的一种变形。

当混凝土处于自由状态时，混凝土的收缩不会导致什么不良后果，但实际上混凝土结构由于基础、钢筋或相邻部分的牵制而处于不同程度的约束状态。混凝土的收缩因受到约束会引起拉应力，由于混凝土的抗拉强度不高，因而收缩容易引起混凝土开裂。对于承重混凝土结构，裂缝可能会影响承载能力、建筑物安全以及使用寿命。混凝土的收缩往往持续很长时间，甚至在28年以后还在继续收缩。长期收缩中有一部分是由于碳化，收缩的速度则随时间而急剧降低。若以20年的总收缩值为标准，则在2个星期内完成20%～30%，在3个月内完成50%～60%，在1年内完成75%～85%。

混凝土的收缩主要有五种：塑性收缩(plastic shrinkage)、温度收缩(temperature shrinkage)、碳化收缩(carbonation shrinkage)、自生收缩(autogenous shrinkage)和干燥收缩(drying shrinkage)。引起各种收缩的原因和机理可以解释为：

(1)塑性收缩(凝缩)是由于混凝土终凝前水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现的体积减缩现象。塑性收缩都发生在t昆凝土拌和后约3～12h以内，因为发生时混凝土仍处在塑性状态，因此把这种凝缩叫塑性收缩。凝缩的大小约为水泥绝对体积的1%，随混凝土用水量、水灰比增大而增大。

(2)温度收缩是混凝土由于温度下降(在0℃以上)而发生的收缩变形，又叫冷缩。对于大体积混凝土，裂缝主要是由温度变化引起的。

(3)碳化收缩是混凝土中水泥水化物与空气中的C02(在有水分的条件下，真正的媒介是H2C03)发生化学反应的结果。碳化收缩的主要原因在于水泥水化物中的Ca(OH)2结晶体碳化成为CaCO3沉淀。碳化收缩的速度取决于混凝土的含水率、环境相对湿度和构件的尺寸，当空气中相对湿度为100%或小至25%时，碳化收缩停止。碳化收缩相对发展得较晚，而且一般只局限于混凝土表面。

(4)干燥收缩是混凝土干燥时的体积改变，是由于混凝土中水分在新生成的水泥石骨架中的分布变化、移动及蒸发引起的。结构收缩计算主要是针对干燥收缩。国内外有关文献对混凝土的干燥收缩机理进行了分析，认为干燥收缩是由于混凝土内部毛细水分的扩散消失所致。

(5)自生收缩是指混凝土在密封(与外界无水分交换)条件下，因水泥水化反应而产生的自身体积变形。干燥收缩则是混凝土暴露在空气中时因为空隙水散失而引起的体积变形。我们一般所说的收缩是两者之和，即全收缩。根据H．E．Davis等的研究，普通混凝土的极限自收缩应变最大仅为100×10～，因此从实用角度出发可忽视其影响(只有在大体积混凝土中考虑)，而只需考虑干燥收缩的作用。然而高强混凝土因为水灰比小、水泥用量大，表现出的自收缩更早、更快、更明显。有关文献中证实高强混凝土的干燥收缩远小于自生收缩(大约为3：7)，而高强混凝土的自收缩在初始阶段急剧增加，尔后随时间慢慢增大，90%以上的自生收缩都发生在前28d，故其影响不可无视。因此对于干燥条件下的高强混凝土必须同时考虑自生收缩和干燥收缩。1

影响因素综合国内外混凝土收缩徐变的研究报告,混凝土收缩徐变的主要影响因素有:

(1)相对空气湿度。气候越干燥,混凝土收缩和徐变的效应越明显。

(2)混凝土的龄期。混凝土在荷载开始时的龄期对徐变的影响非常之大,随着加载龄期有限的增大,徐变变形将有显著的降低。

(3)构件厚度的影响、尺寸效应。随着构件尺寸的增大,混凝土收缩徐变的效应将有所降低"混凝土收缩和徐变均是构件体积与表面积之比的函数,并随着比值的增大而降低。

(4)水灰比。一般而言,徐变随水灰比的降低而减小。

(5)环境温度。周围空气的环境温度会影响混凝土的干燥,从而影响混凝土的收缩和徐变。

(6)混凝土集料和强度等级。集料的弹性模量越高,徐变率越低,徐变值越小。

对结构的影响：混凝土收缩徐变除了导致预应力损失外,还影响梁部结构和线形。采用挂篮悬浇施工的预应力连续刚构桥和连续梁桥在结构合龙、体系转换时,徐变是主要的考虑因素之一。

就桥梁工程而言,混凝土收缩徐变的影响主要有:

（1）由于梁部混凝土受压区的混凝土收缩和徐变,引起梁体挠度增大;

（2）余变会增大偏心受压柱的弯曲,增大初偏心，从而降低承载能力;

（3）导致预应力混凝土构件的预应力损失;

（4）对组合截面的构件(含不同材料组合截面,如钢筋混凝土组合截面,或不同龄期混凝土组合截面等),徐变会使截面二的应力重

（5）对超静定结构，混凝土徐变会导致结构内力重分布,即引起结构的次内力:

（6）在混凝土局部受力处,徐变可降低应力峰值;

（7）由于收缩内应力,容易引起构件外表面裂缝等。

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学