水泥混凝土的变形特性在线视频

各位同学大家好

今天我们讲述第四章

普通水泥混凝土的第四讲

水泥混凝土的变形特性

第一部分是水泥混凝土的弹性变形

第二部分是徐变

第三部分是温度变形

第四部分是干缩变形

这是它的分类

分为弹性变形 徐变变形 温度变形 干缩变形

首先我们来看一看弹性变形

我们给混凝土弹性变形给出一个定义

荷载施加于材料时立即出现

荷载卸除后立即消失的这种变形

我们把它称为弹性变形

那么水泥混凝土这种材料是不是完全弹性的呢

我们从这张图可以看出来

如果我们施加荷载它就会发生变形

沿着这条线

但是当荷载卸掉以后

它并没有完全恢复

而且保留了一部分塑性变形

也就是说水泥混凝土的应力应变关系是非线性的

就是这种曲线的形式

水泥混凝土的弹性模量

跟一般材料有一个区别

水泥混凝土的弹性模量有以下几种表述

一种是初始切线模量

就像图上的tanα1

就是这条蓝色的线

那么切线模量是tanα3

就是这条红色的

还有一种就是割线模量

就是这条绿色的线

从这张图我们可以看出

如果取原点这条切线

那么测试会非常不准确

但是如果取切线的话

那么混凝土在这条曲线上

不同的点都有不同的切线斜率

所以工程上常用割线模量

就是在规定条件下的割线模量

也就是tanα2

作为混凝土材料的弹性模量

影响弹性模量的因素有以下几点

一个是水泥混凝土的强度

一般来讲混凝土的强度越高

弹性模量越大

集料的弹性模量越高

混凝土的弹性模量也越大

还有一个就是养护温度

早期的养护温度比较低

那么后期的混凝土弹性模量就会比较大

还有一个是湿度

潮湿状态下养护的混凝土强度越高

它的弹性模量也越大

总之混凝土的弹性模量

跟混凝土的强度有一定的关系

一般来讲强度越高模量越大

第二个变形是混凝土的徐变

什么叫做徐变呢

我们给它下个定义

就是在持续荷载作用下

混凝土的变形随时间而增长

那么从这张图上可以看出

我们一加荷载混凝土就出现了变形

我们把这个变形叫瞬时变形

但是随着荷载作用时间的延长

它的变形逐渐增大

就是上面这一条平缓增长的曲线

那么这一段我们把它叫做混凝土的徐变

但是这个徐变呢

当我们卸掉荷载以后

它有一个瞬时恢复

随着时间的推移它还会有一部分恢复

那么那一部分我们叫做徐变恢复

所以混凝土这种材料的这种特性

就是荷载不变

变形随时间的增长而增加

这种特性叫徐变

在沥青混合料里边我们称之为蠕变

徐变一般在早期增长比较快

从图上可以看出

然后逐渐减慢

一般要两到三年以后才能基本趋于稳定

徐变在工程上表现很多

比如说底下有一个预应力混凝土梁

这个梁经过预应力张拉以后

两边有一个卯具把它卯的非常紧固

但是我们会发现

随着时间的推移这个卯具有一定的松动

那么也就是说这个混凝土梁内部发生了徐变

因为我们施加的卯具施加的预应力

预压力是固定的

这种特性实际上就是徐变的表现

那么徐变有哪些影响因素呢

主要有以下几个方面

和水灰比 水泥用量 养护的温度和湿度密切相关

水灰比越大将来产生的徐变越大

水灰比较小或者在水中养护时

混凝土的徐变会相对较小一些

另外一个就是水泥用量

水灰比相同的时候

如果混凝土的水泥用量越多

将来的徐变就越大

还有一个就是养护的温度和湿度

一般来讲湿度降低

徐变增大

温度升高徐变也会增大

总而言之混凝土的徐变大部分是

水泥石内部的凝胶发生一部分迁移

导致混凝土发生徐变

这个是一个发生徐变的实例

这是西太平洋岛上的一座主跨为241米的桥

大家可以看出

在徐变的作用下这座桥的跨有点向下翘曲

加铺的桥面板进一步加剧了徐变

该桥在建成不到20年后就发生了坍塌

可见徐变对我们构造物的影响还是非常大的

第三个变形呢就是水泥混凝土的温度变形

什么叫温度变形呢

就是混凝土由于热胀冷缩性质而产生的变形

我们的评价指标是什么呢

就是温度每升高一度水泥混凝土所产生的应变

我们把它称之为混凝土温缩系数

一般混凝土的温缩系数就在这个范围里

也就是说10～14乘以十的负六次方每度

大概是这个范围

混凝土的温度变形对公路工程的构造物

危害是极大的

比如说像这个构建

因为混凝土工程当中有很多大体积的混凝土构建

混凝土的内部跟外部温度是不一样的

由于这种温差会产生很大的温度应力

那么这个温度应力超过混凝土的抗拉强度

就会出现开裂

另外一个就是在温差较大的季节

施工的混凝土容易出现内外温差而产生温度应力

这个就是温度变形

改善温度变形有哪些措施呢

第一个就是降低水泥的水化热让它内部产生低热

通常采用低热水泥 人工降温这种措施

另外一个可以加强表层保温保湿的养护

减小内应力 切缝 设置温度伸缩缝

比如说这几张图片

这个三峡大坝的混凝土我们就给它披了一层外衣

让它降低温度变形

这个大体积混凝土我们在内部设置了一些降温管

通过注入冷水 降低内部的温度

这样来减少温差 减少温度应力

最后一张图是一个路面混凝土

我们路面混凝土本身是连续施工的

但是施工以后要切缝

纵向横向都要切缝 切成小的板块

就是为了减少它的温度变形和温度应力

第四 水泥混凝土的干缩变形

干缩变形的定义就是

干燥环境时内部水分蒸发

而引起的混凝土体积收缩

简称干缩

这个跟温度变形是不一样的

干缩也有一个评价指标叫做干缩系数

主要是由于水分蒸发而引起的

干缩系数的范围大概是50～90乘以十的负五次方

从这个数字大家也可以看出

干缩变形和刚才的温缩变形数量级是有一定区别的

那么干缩变形会导致混凝土的哪些危害呢

我们这有一张图

如果混凝土表面大量的水分蒸发

养护不及时就会出现这种裂纹

从右边这张图我们可以看出来

水泥混凝土试件成型好以后养护一定的时间

我们看一看你的养护方式是什么

上面的这条红线就是把混凝土试件放在水中养护

大家可以看一下水中养护以后

这个坐标往上是膨胀往下是收缩

那么放在水中养护大家可以看

水泥混凝土试件都会发生一定的膨胀

但是如果你放在空气中养护

就是底下这一条蓝色的线

不但不膨胀而且产生大量的收缩

也就是说养护非常重要

上一张图我们在水中养护一定的时间

我们把它放到空气当中干燥养护它还会产生收缩

底下这张图我们放在空气中养护

过一段时间红色的放在水中养护

它会产生一定的微膨胀

再干燥 再产生收缩

再水中养护 再产生膨胀

也就是说最后形成了这么一条折线

但是从这张图可以看出来

如果你的早期养护不到 产生的收缩很大

及就是后期放在水中养护

或者给它补充足够的水分

它的变形仍然是不能全部恢复

这就是早期养护对混凝土的干缩变形

控制这种干缩变形非常重要

这个是干缩变形的一些照片

干缩变形一般进行的比较缓慢

而且是由表向里逐渐进行

导致混凝土表面受到拉应力作用产生裂缝

这些都是混凝土的路面出现各种各样的裂缝

也就是说早期水分蒸发掉

没有及时补给导致它出现这种裂缝

影响混凝土干缩的因素有哪些

如何改善混凝土的干缩变形呢

一个就是你选用的水泥品种还有水泥用量

一般来讲水泥用量不宜过大

还有单位用水量

如果用的水越多将来蒸发量也比较大

还有就是集料用量

这些都会影响到混凝土的干缩变形

那么如何改善混凝土的干缩变形呢

一个是限制水泥用量

并不是像我们工程上所说的

有些工地为了提高混凝土的强度

刻意的增大了水泥用量

虽然增大了水泥用量可能提高了强度

但是对干缩变形十分不利

反而导致混凝土构件发生开裂

这个是得不偿失

另外我们要保证一定的集料用量

因为集料毕竟用量比较大的话干缩变形较小

还有就是减小水灰比

也就是说水泥浆的用量不宜过多

如果水泥浆的用量过多

那么它的干缩变形也非常大

所以在强度满足 工作性满足的情况下

一定要减小水灰比

最后一个就是要采用比较好的施工机械

比较先进的现代化的施工机械

加强捣实 特别要加强早期养护

就刚才说的

工程上有很多的措施

我们要补给它水分

让它保证充分地水化

不要让水分随意的就蒸发掉

这样的话就可以从本质上限制干缩变形的发生

同学们 以上就是这一讲的全部内容

大家回顾一下

我们今天这节课主要讲述了混凝土的

四个非常重要的变形特性

一个就是弹性模量

第二就是徐变

第三温度变形

第四干缩变形

这些性质都是混凝土非常重要的性质

请同学们课后进行复习 消化 吸收

同学们 我们下一讲再见