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1、第 3 章 混凝土,3.7.3 温度收缩与热膨胀,水泥水化,强度,放热,体系体积减小,第 3 章 混凝土,混凝土热膨胀系数:（6-12）X10-6/0C,水泥水化放热,混凝土温度上升，与周围环境产生温差；同时在混凝土内部造成温度差；升温与降温过程中产生热变形。,环境温度变化,第 3 章 混凝土,影响混凝土热变形的因素：水泥用量与品种,第 3 章 混凝土,骨料品种,第 3 章 混凝土,环境湿度,0,100%,20,15,10,5,水泥浆体,石英骨料,石灰石骨料,混凝土,干燥,饱和,热膨胀系数X10-6/oC,20%,40%,60%,80%,第 3 章 混凝土,热收缩与开裂混凝土硬化期间由于水泥水
2、化放热产生温升，与周围环境产生温差；同时在混凝土内部造成温度梯度；升温与降温过程中产生热变形。当因变形受约束而产生的拉应力超过其抗拉强度时将引起混凝土开裂。,第 3 章 混凝土,早龄期混凝土温度发展特征内外温差与温度梯度,第 3 章 混凝土,混凝土路面内典型测点温度时间曲线,第 3 章 混凝土,混凝土路面上表面应力时间曲线,t-T,s-T,Tep-T,第 3 章 混凝土,热收缩与开裂近几十年来，基础、桥梁、隧道衬砌以及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土开裂的现象增多，水化热以及温度变化已经成为引起素混凝土与钢筋混凝土在约束条件下产生应力并使结构开裂的主导原因。,第 3 章 混凝土,3.7.4 干
3、燥收缩与徐变1.干燥收缩(Dry Shrinkage)（1）何为干燥收缩 硬化混凝土由于与周围环境存在湿度梯度，水分向外蒸发引起的体积收缩。,干燥环境,第 3 章 混凝土,（2）混凝土收缩试验的典型结果：,L,第 3 章 混凝土,（3）影响干缩的因素 骨料含量与品种,第 3 章 混凝土,骨料含量与品种由弹模高、质地密实的骨料配制的混凝土干缩值低。,Time,sh,石英石,花岗岩,400X10-6,800X10-6,0,骨料级配,第 3 章 混凝土,水泥用量与水灰比水泥用量不变，W/C增加，干缩增大。W/C不变，水泥用量增加，干缩增大。,1,2,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,W/C,水
4、泥用量:500kg/m3,400kg/m3,300kg/m3,200kg/m3,干缩系数,第 3 章 混凝土,时间的影响外加剂的影响,第 3 章 混凝土,环境湿度,L,混凝土112天收缩值与环境湿度关系,有关干燥收缩(Dry Shrinkage）的两点说明,路面板、桥面板、机场道面、停车场等暴露面积大且厚度较小的结构物干缩最为显著；影响蒸发量的环境因素，包括气温、混凝土温度、相对湿度、风速和太阳辐射热，均影响干缩。,第 3 章 混凝土,影响蒸发速率的因素,1）气温；2）混凝土体温；3）相对湿度；4）风速；5）太阳辐射热；以上任意两个因素的组合都属于热天混凝土浇注(Hot Weather Con
5、creting)。,第 3 章 混凝土,第 3 章 混凝土,2.7.5 自身收缩 自身收缩，是指混凝土体内由于水泥和水发生水化反应，产物的固相体积增大，而与反应前水泥与水的体积之和相比则减小（化学减缩）。这种由化学减缩引发的混凝土体积收缩称为自身收缩。自身收缩的发生与周围介质不相干，没有失重也不增重，因此称之为自身收缩。这种收缩由化学反应引起。,第 3 章 混凝土,2C3S+6H2O=C3S2H3+3Ca(OH)2分子量(克)456.6 108.1 342.5 222.3密度(克/厘米3)3.15 1.00 2.71 2.23系统体积(厘米3)253.1 226.1固相体积(厘米3)145.0
6、 226.1,固相水泥,水,固相水泥水化物,水,孔隙,第 3 章 混凝土,水化阶段1）浇筑2）初凝3）硬化,C：未水化水泥 W：水H：水化产物 V：有水化产生的孔隙,自身收缩,化学减缩,体积构成,第 3 章 混凝土,弯月面,凝胶孔,第 3 章 混凝土,自缩与干缩的异同点:相同点：均由于水的迁移所引起；不同点：1.自缩不失重；2.自身收缩各向同性地发生，干缩由表及里 地发生；3.水灰比降低时，干缩减小，自缩增大；4.覆盖后（或拆模前）不发生干缩。,第 3 章 混凝土,2.7.5 碳化收缩H2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2H2O氢氧化钙从较高应力区溶解，导收缩；碳酸钙在孔隙中生成，强度有所
7、提高。,第 3 章 混凝土,混凝土收缩=塑性沉降+干燥收缩+自身收缩+碳化收缩对早龄期混凝土：混凝土收缩=塑性沉降+干燥收缩+自身收缩,第 3 章 混凝土,混凝土收缩研究新进展,混凝土收缩研究新进展,混凝土收缩研究新进展,混凝土收缩与内部湿度关系,混凝土收缩研究新进展,混凝土收缩研究新进展,第 3 章 混凝土,2.混凝土徐变（Creep）,t,t=0,0,t,第 3 章 混凝土,干燥收缩与徐变(Dry Shrinkage and Creep)起因于硬化水泥浆体；应变-时间曲线非常相似；影响干缩的因素通常也同样影响徐变；都达到4001000微应变(m/m），以至设计上不可忽略；都部分可逆。,环境
8、湿度越低，徐变越大加载前含水量低，徐变小完全干燥的混凝土徐变可为零,第 3 章 混凝土,温度升高，徐变变大。,第 3 章 混凝土,徐变随加载应力的加大而增大，应力（30%40%）fc时，过渡区微裂纹扩展；混凝土强度提高，徐变减小。,因徐变而引起结构坍塌的实例,西太平洋Caroline群岛上的一座桥梁（主跨为241m）由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到20年后坍塌（1996年）。,第 3 章 混凝土,徐变的作用：徐变会引起混凝土构件的预应力损失，据统计，我国几十年来生产的构件预应力损失达3050%，减小混凝土的徐变，对这样一些结构物是有益的。但是另一方面，徐变会使温度或其他收缩变形受约束时产生的应力减小；在结构应力集中区和因基础不均匀沉陷引起局部应力的结构中，可以降低应力峰值，从这个角度来说，徐变较大的混凝土又有有利的一面。,应力松弛与延迟开裂,混凝土收缩、温度应力,早龄期混凝土温度、收缩发展特征,混凝土收缩、温度应力,Stress,Time(hours),作业,1.混凝土的粘弹性与其在荷载和环境作用下的开裂现象有什么关系？2.影响混凝土的干缩与徐变主要有哪些因素？3.何谓自身收缩？它怎样随混凝土的水灰比减小而变化？为什么？4.强度高的混凝土为什么更容易开裂？,
