Simone
中国矿业大学（1）徐州工程兵指挥学院 副教授[摘要]混凝土徐变不仅影响结构的变形和内力，而且还直接影响结构物长期使用的性能。影响混凝土徐变的因素很多，变化规律复杂。本文主要探讨了引起预应力混凝土徐变的原因，从而能引起设计、施工及养护等相关单位和人员的注意，把损失降低到最小。关键词：混凝土 预应力混凝土 徐变1.引言近年来，我国桥梁建设有了飞跃性的发展, 大跨度预应力桥梁的得到广泛应用，这种钢-混组合结构兼有混凝土结构和钢结构的优点。但预应力桥梁有一个不容忽视的问题——徐变。在持续荷载作用下,混凝土的变形随时间的增长而增加的现象称为徐变。由于混凝土徐变的时变性质,预应力混凝土桥梁的徐变效应贯穿于桥梁建造时起至整个服役期,且其效应依时而变。混凝土徐变不仅显著增加了桥梁的长期变形,而且造成了预应力钢束的预应力损失,从而对结构体系产生很大的影响。本文着重分析预应力桥梁的徐变和影响预应力桥梁徐变的因素。2.预应力混凝土预应力混凝土是最近几十年发展起来的一项新技术，在全世界各国都得到了广泛的应用，特点明显。首先，能够随意控制混凝土的抗裂度。预应力混凝土能够按照人们的要求，通过施加大小不同的预应力，随意控制抗裂度。二是能够充分利用材料的强度。预应力混凝土不但充分利用了混凝土的抗拉强度，同时还充分利用了钢筋的抗拉强度，使高强度材料特别是高强度钢筋的应用成为可能。三是能够使混凝土截面全部参加工作。预应力混凝土通过预加一定的应力增加它的储备，使整个截面在使用荷载下都参加工作。四是能够预先鉴定材料和施工的质量。预加应力过程，无论是对于预应力筋还是混凝土，都是一个考验。如果质量不好，就往往经不住考验而损坏；如果经住了预加应力的考验，则在以后的使用中，也会安全可靠。3.影响混凝土徐变的外部因素影响混凝土徐变的因素很多，外部因素主要指加荷龄期、加荷应力比（加荷应力与混凝土强度之比）、持荷时间、环境相对湿度与温度、结构尺寸野信等。3.1 加荷龄期混凝土徐变随加荷龄期的增长而减小。在早龄期，由于水泥水化正在进行，强度很低，故徐变较大。随着龄期的增长，水泥不断水化，强度也不断提高，故晚龄期徐变较小。若以 28 天龄期加荷徐变为基准，则 3 天龄期加荷的徐变为 28天龄期的 1.6～2.3 倍。7 天龄期加荷的徐变为 28 天龄期的 1.5 倍；90 天龄期的为 28 天龄期的 70%；1 年龄期的为 28 天龄期的 35%～50%。3.2 加荷应力当混凝土受力不超过强度的 0.4 倍时，一般都假定徐变与应力成正比。苏联学者K.C.卡拉别加通过试验得出应力不超过强度的0.5倍时，徐变与应力成正比。而佛劳登斯尔等人通过试验得出，只有加荷应力与强度之比（应力比）在 0.20～0.26 以下时，徐变与应力才成线性关系，有的人认为应力比在 0.3～0.4 以下，徐变与应力成正比。所以，可以肯定的是在一定的应力范围内徐变与应力成线形关系。3.3 持荷时间混凝土徐变随持荷时间的增长而增加。但徐变速率随持荷时间的增长而降低。混凝土徐变可以继续非常长的时间，但大部分徐变却在 1～2 年内完成。根据国内 8 个水利水电工程 15 个配比徐变试验资料统计（28 天龄期加荷），若以持荷 180 天为准，则持荷 20 天的徐变为持荷 180 天的 50%，持荷 90 天为85%，持荷 365 天为持荷 180 天的 1.15 倍。研究表明，持荷 20 年以后仍有徐变，但很微小。若以持荷 20年的徐变为准，则持荷 1 年的徐变为持荷 20 年的 76%。20 年徐变的 18～35%在14 天内完成；40～70%在 3 个月内完成；64～83%在 1 年内旦肢完成。由此可见，用短期徐变推算极限徐变的误差较大。3.4 湿 度影响混凝土徐变的最重要的外部因素之一是其周围环境的相对湿度。对于某一给定的混凝土来说，相对湿度越低，徐变就越大。混凝土徐变随相对湿度的增加而减小；同时徐变速率也随相对湿度的增加而降低，但在两年以后，徐变速率与相对湿度基本无关。这是因为加荷同时经受干燥使混凝土产生附加徐变----干燥徐变，而后来试件湿度与空气相对湿度达到平衡，就不产生干燥徐变。所以，只要加荷前试件的湿度与周围环境相对湿度达到平衡（没有湿度交换），那相对湿度对徐变就没有什颂迟轮么影响。暴露在野外的混凝土结构，由于受风吹日晒的影响会提高其蒸发速度。这里日晒主要是太阳辐射温度升高引起相对湿度降低。由于太阳辐射温度升高引起相对湿度降低和快速干燥。当然，这影响也受到渗出速率的限制。因桥梁位置和方位都会受到风吹和日晒的影响，从而影响大桥结构的徐变。虽然干燥混凝土的徐变较小，但重新泡湿能增加其徐变和徐变恢复，这种泡湿后增加的徐变称为湿徐变。3.5 温 度温度也是影响混凝土徐变的主要外部因素之一。近几年来，由于混凝土用于建造预应力混凝土核电站压力容器，温度对徐变的影响已成为兴趣日益增长的问题。在大体积混凝土结构中，即使外界气温不变，其内部仍有周期性温度变化。一般来说，温度升高，使混凝土的粘性降低，也使其弹性模量降低，即弹性提高。1962 年英格兰特（G.L.England）和罗斯对密封试件进行了 20～125℃的徐变试验。试件先在水中养护 3 天，然后放在相对湿度为 90%的环境中养护 6 天，到第 10 天进行加荷徐变试验，其试验结果表明，最大徐变发生在大约 100℃左右的温度。徐变速率随温度的升高（约达 70℃）而提高，此时徐变速率约为 21℃时的3.5 倍。而温度在 70～96℃之间，徐变速率降低为 21℃时的 1.7 倍。这特性可能是由于水分从凝胶体表面上解除吸附，使凝胶体本身逐渐变成承受分子扩散和剪切流变的单相物质，从而使徐变速率降低。3.6 试件尺寸、形状及各向异性一般认为试件的尺寸越小，徐变越大。其原因有两个：一是构件尺寸小，混凝土中的水分蒸发快，产生附加的干燥徐变；另一个是构件尺寸小，不能容纳较大粒径的骨料，单位体积内灰浆率增加，故徐变大。研究认为，当构件厚度超过 90 ㎝时，构件尺寸对徐变的影响可以忽略不计。混凝土构件形状可用其体积与表面积之比来表示，体积与表面积之比对混凝土徐变系数（徐变与弹性变形之比）有影响。混凝土的徐变系数随体积和表面积比的增加而减小。沿混凝土试件浇筑方向和沿垂直于浇筑方向的性能是不同的，即所谓各向异性问题。试验结果表明，沿浇筑方向的压缩徐变大于垂直于浇筑方向的，而徐变恢复却相反，即沿浇筑方向的徐变恢复小于沿垂直于浇筑方向的。4.7 浸泡的介质混凝土浸泡在不同介质（矿物油、石蜡油、碳氢化合物、海水等）中的徐变是不同的。锡罗萨奈（Z.N.Cilosani）发现砂浆梁试件存放在矿物油中的徐变比存放在水中的小的多，特别是在应力比 0.3 情况下，前者根本没有徐变发生。碳氢化合物（石油、戊烷）对混凝土徐变的影响比海水大，浸泡在碳氢化合物中的徐变比浸泡在海水中的大。这可能是由于碳氢化合物中的自由水少所致。4.结论及展望和普通混凝土相比，预应力结构要求采用更强的混凝土。大跨度混凝土梁的工程中，采用高强度混凝土，需要考虑混凝土梁的徐变问题或梁的线形问题，若混凝土的设计强度，温度等条件基本类似，保证混凝土浇筑完后的养护时间的条件下，使混凝土达到设计的强度或者超过设计的强度，施加混凝土的预应力并且控制混凝土梁的加荷龄期，则实际的混凝土梁的徐变数值比较小，可以满足设计的要求。对混凝土强度和匀质性的要求，预应力混凝土结构比普通钢筋混凝土更严，预应力工程设计中规定的混凝土强度，施工时应真正达到。这是因为预应力构件比钢筋混凝土构件有更多的部位承受高应力的缘故。如果在施加预应力时混凝土没有被压碎，理应能承受以后的荷载。因为混凝土的强度还会随时间而增长，而且很多结构也不会过大的超载。因此，只要设计合理，精心施工，保证混凝土的强度与均匀性是能够办到的。
