工程科技 ・２０１． 浅谈面层混凝土的变形特性 韩微 （黑龙江省住木斯高速公路管理处，黑龙江佳木斯１５４００７） 摘要：本文讨论各种强度一模量经验关系式，并比较其适用性，此外还讨论收缩变形、徐变变形的成因、影响因素及措施。 关键词：面层混凝土；变形特性；浅析 建立较好的相互关系。因此，工程上常利用所建立的经验关系式，由 １混凝土的应力——应变关系 混凝土是一种多相复合材料。混凝土的应力一应变性状是各种 混凝土的强度推测其弹性模量。 组成相倮料、浆体）应力一应变性状的组合。集料和浆体的应力一应 ２混凝土的徐变 在恒定荷戴的长期作用下，混凝土的塑性变形随时间的延长而不 变关系虽然都是线性的，但其弹性模量相差很大。集料的弹性模量很 高，一般为７０—１４０ＧＰａ，而浆体的弹性模量则在７－２８ＧＰａ范围内变 断增加，这种变形称为徐变，也称为蠕变，一般要延续２－３年才趋向 动。在同一应力级位的作用下，集料和浆体会产生不同的应变量。一 稳定。徐变是一种不可恢复的塑性变形，几乎所有的材料都有不同程 方面有可能导致集料一浆体界面出现微裂缝，降低界面的黏结强度， 度的徐变。金属及天然石材等材料在常温及荷载下徐变不显著，可以 使混凝土的弹性模量降为１．４—４．２ＧＰａ；另一方面促使混凝土成为非 忽略。而混凝土因徐变较大，且受拉、受压、受弯时都会产生徐变，所 完全弹性体，其应力一应变曲线呈现非线性。 以不可忽略，在结构设计时，必须予以考虑。 混凝土在受压时的应力一应变性状，可按混凝土中微裂缝随应 当混凝土受荷后立即产生瞬时变形，瞬时变形的大小与荷载成正 力级位而发展的过程分为四个阶段。当应力级位低于极限荷载的 比。随着荷载持续时间的增长，逐渐产生徐变变形，徐变变形的大小 ３０％时，在集料一浆体界面可能已出现微裂缝，但由于应力级位很低， 不仅与荷载大小有关，而且与荷载作用时间有关。徐变初期变形增长 微裂缝处于很稳定的状态，应力一应变曲线呈现直线性状；当应力极 较快，以后逐渐减慢，经２－３年后渐行停止。混凝土的徐变变形为瞬 位大于极限荷载的３０％时，界面微裂缝缓慢扩展，应力一应变曲线开 时变形的２—３倍，一般可达（３—１５）Ｘ １０‘４即０．３—１．５ｍｍ／ｍ。混凝土在长 始偏离直线；当应力级位超过极限荷载的５０％时，在浆体内出现微裂 期荷载作用一段时间后，如卸掉荷载，则一部分变形可以瞬间恢复， 缝，应变增长速率开始加快；当应力级位超过极限荷载的７５％时，界 而另一部分变形可以在几天内逐渐恢复，此称为徐变恢复，最后留下 面微裂缝变为不稳定状态，浆体内的微裂缝迅速发展成网，应变增长 来的是大部分不可恢复的残余变形，称为永久变形。混凝土的徐变， 速率大大高于应力增加；仅当应力级位在极限荷载的３０％以内时，混 一般认为是水泥石凝胶体在长期荷载作用下的动性流动，并向毛细 凝土的应力一应变性状可当做是线性的，或者在应力级位低于极限 孔中移动，同时吸附在凝胶粒子上的吸附水因荷载应力而向毛细孔 荷载的５ｏ％Ｈ￣可近似当做是线性的。 迁移渗透的结果。 １．１弹性变形和弹性模量 从水泥凝结硬化过程可知，随着水泥的逐渐水化，新的凝胶体逐 弹性变形是指当荷载施加于材料立即出现、荷载卸除后立即消 渐填充毛细孔，使毛细孔的相对体积逐渐减小。在加荷初期或水泥硬 失的变形。由于混凝土应力一应变性状的非线性，表征其弹性特ｌ生的 化初期，小于末填满的毛细孔较多，凝胶体的移动较易，故徐变增长 弹性模量便有多种定义。 较快。以后由于内部移动和水化的进展，毛细孔逐渐减小，徐变速度 （１彻始切线模量一应力一变曲线起始点处的切线模量。通常由动 凼而愈采愈慢。 态测定方法得到的相应于小瞬时应变的动弹性模量，可近似当做初 混凝土的最终徐变值受荷载大小及持续时间、材料组成（如水泥 始切线模量；（２）切线模量一应力一应变曲线上任一点的斜率；（３）割线 用量及水灰比等）、混凝土受荷龄期、环境条件（温度和湿度）等许多因 模量一由应力一应变曲线的原点到曲线上任一点（相应于某一应力级 素的影响。混凝土的水灰比较小或混凝土在水中养护时，同龄期的水 位）之间的斜率。出于混凝土内存在的微裂缝在初始应力作用ｒ出现 泥石中未填满的孔隙较少，故徐变较小。水灰比相同的混凝土，其水 闭合，曲线的初始段常呈现较大的变形（凹形），因而割线模量不易定 泥用量愈多，即水泥石相对含量愈大，其徐变愈大。混凝土所用集料 准。 弹性模量较大时，徐变较小。此外，徐变与混凝土的弹性模量也有密 弹性模量是混凝土路面设计的一项设计参数，用以计算路面在 切关系，一般弹性模量大者，徐变小。 荷载作用下的应力和确定温度变形受阻时面层所产生的应力。因此， ３混凝土的收缩变形 混凝土的弹性模量及其测定值会影响到路面设计的结果及其合理 收缩是泥凝土材料因为物理和化学作用所产生的体积缩小的总 性。 称。收缩能使混凝土产生内应力，导致路面结构发生变形，甚至裂缝， 影响混凝土强度的因素也影响到弹性模量。例如，随着水灰比的 从而降低其强度和刚度。此外，收缩还能使混凝土内部产生微裂缝， 增加，混凝土的强度下降，其弹性模量也相应降低。混凝土的强度随 破坏混凝土的微结构，降低混凝土的耐久性。 着龄助和养护条件而变化，其弹性模量也随龄期而增长，并且空气中 收缩按其产生原因可分为塑性收缩、化学收缩、物理收缩、碳化收 养护的混凝土的弹性模量值要低于湿养和室外养护的。随着试验时 缩四类。在工程应用中，通常是测定以干缩为主的总收缩值。 加荷速率的降低，混凝土弹性模量测定值与强度测定值相似，也相应 影响混凝土收缩的因素大致可分为组成材料的品种、质量、级配 降低。然而，混合料的弹性模量还同集料的弹性模量有关；集料越致 等内因与介质温度、湿度、约束钢筋等外围，后者影响比前者更大些。 密，其弹性模量越高，则混凝土的弹性模量也越大。因此，砾石混凝土 要减少混凝土的收缩，可采取下列措施：①正确设计密级配集料， 的弹性模量大于碎石混凝土的，最大粒径大和粗集料比例高的混凝 并提高集浆比，使集料在混凝土中形成密实骨架；②采用弹性模量较 土，其弹性模量也高。 高的岩石所轧制的集料；③在混凝土配比中除了采用较低的单位用 混凝土的弹性模量可以采用圆柱体试件进行压缩试验或者采用 水量和低的水灰比外，应重视水泥品种，选用Ｃ４ＡＦ含量较高者；④ 小粱试件进行弯曲试验后计算确定，前者为压缩弹性模量，后者为弯 正确选用外加剂，不掺加氯盐早强剂；⑤采用蒸养或蒸压养护。 拉弹性模量。一般工程均采用压缩弹性模量，而路面由于承受弯曲作 参考文献 用而宜采用弯饮弹性模量。弯拉弹性模量一般接近或略低于压缩弹 『ｌ１李家正，石妍，苏杰．骨料品种对混凝土体积变形特性的影响研究 性模量。此外，还可采用振动或超声波脉冲方法测定混凝土的动弹性 冰工大坝混凝土材料和温度控制研究与进展，２００９． 模量。由于应变很小，动弹性模量要比静弹性模量大１５％一３０％。 周德泉，李传习，杨帆，付玉芬．空隙岩体与溶洞充填混凝土竖向变 １．２弹性模量与强度的关系 形特性对比试验研究【Ｊ】．岩土力学，２０１１（５）． 弹性模量的试验测定较费时，而由于应变量或挠度量小，测定结 果不易准确。而弹性模量和强度之间，由于影响因素大致相同，可望
