实际环境作用对混凝土收缩，徐变和收缩开裂的影响外文翻译资料

 2022-07-18 20:17:57

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摘要：本文综合研究了实际环境作用对混凝土收缩，徐变和收缩开裂的影响。将普通混凝土的棱柱体试样暴露于三组人造室外条件下，有或没有太阳辐射和雨水来检查收缩。为了研究收缩开裂行为，带有钢筋的棱柱混凝土试件同时也要经受上述条件。描述收缩行为的重点在于基于水分损失的太阳辐射和雨水的影响。从收缩量和拉伸强度的观点来考察引起收缩裂缝的显着环境作用。最后，讨论了根据太阳辐射和降雨量的具体压缩蠕变行为。发现雨水可以极大地抑制混凝土收缩和蠕变的进展，而太阳辐射可能促进收缩开裂和蠕变。

  1. 引言

混凝土是最典型的建筑材料之一，其表现出大的和长期的与时间有关的变形，如收缩和蠕变。通过内部钢筋和外部边界条件限制收缩，会在混凝土中产生拉应力，并在应力达到拉伸强度时形成裂缝，从而降低对有害材料（如氯化物和二氧化碳）侵入的抵抗力。混凝土的蠕变能够减少预应力

预应力混凝土结构的受力以及在使用寿命期间导致挠曲的增加和裂纹载荷的减小。尽管这些现象可能不会影响混凝土结构的极限承载能力，但这种结构的耐用性和适用性可以降低。因此，从合理的设计和高质量基础设施的建设来看，准确预测实际户外环境条件下的长期收缩和蠕变变形是非常重要的。

由于收缩和蠕变受周围环境条件的很大影响，已经报道了许多针对环境温度和相对湿度的这些行为的实验室研究。另一方面，一些研究也报道了在不同的实际环境下蠕变和收缩的行为[1-6]。综合考察太阳辐射和雨水等实际环境条件对混凝土收缩和蠕变的影响，可以有效地预测每个结构构件的退化情况，因为大型民用基础设施可能有许多成员是主体或不主体太阳辐射和雨水。

很容易预料到，由于太阳辐射导致混凝土温度的升高会加速内部孔隙干燥时的收缩和蠕变，而雨水会使雨水渗透而导致孔隙饱和，从而减少收缩和蠕变。然而，太阳辐射和降雨引起的加速和抑制效应到目前为止还没有被定量地理解。此外，由于太阳辐射下收缩的增加可能促进收缩裂缝，但是如果由于太阳辐射在热温度下能够增加拉伸蠕变，则也可以抑制收缩裂纹，因为压缩蠕变随着周围温度升高而增加[7]，但发现较低W / C的混凝土的较小拉伸蠕变不能释放约束，并能够较早引起收缩裂缝[8]。正如El-Sakhawy等人[9]通过实验报道，反复循环的润湿和干燥可以降低拉伸强度，太阳辐射干燥和雨湿循环似乎是合理的，以降低强度和促进收缩开裂。如上所述，实际环境对收缩，蠕变和收缩裂缝的影响是复杂的并且仍然不确定，因此太阳辐射和雨水的影响尚未在设计规范中实施

在本文中，作者致力于研究太阳辐射和雨水对混凝土收缩，收缩开裂和蠕变的影响。明确研究了在有或没有太阳辐射和雨的干燥条件下，普通混凝土的收缩和蠕变行为。 还检查了使用大量钢筋的混凝土的收缩开裂行为。 比较两种具有不同水灰比的混凝土以评估混合比例的影响。 本文首先讨论了各种干燥条件下普通混凝土的失水收缩行为，然后根据普通混凝土的收缩性能研究了钢筋混凝土的收缩开裂行为。 最后，研究太阳辐射和降雨对普通混凝土特定蠕变的影响。

2.实验方案

2.1样本测试

2.1.1收缩和收缩开裂测试

采用混凝土收缩试验和钢筋混凝土收缩开裂试验研究室外条件下的收缩和收缩开裂行为。研究了两种具有相同含水量的混合比例，如表1所示。所用水泥的类型为普通波特兰水泥（I型波特兰水泥）。表1中的抗压强度和杨氏模量是通过在湿固化28天后使用phi;100times;200毫米圆柱体试样进行压缩试验而获得的。

使用两个尺寸为100times;100times;400mm（具有高表面积/体积S / V = 0.045mm-1）和100times;200times;200mm（具有较低S / V = 0.01mm-1）的普通混凝土棱柱体试样用于收缩测试。 100times;100times;400mm试样的所有表面均未经处理，而100times;200times;200mm试样涂覆有环氧树脂以防止水分转移，然后用绝热材料阻止所有表面上的热传递，除了两对面100 mmtimes;200 mm的表面，如图1所示。

图1 100times;200times;200mm试样。

棱柱试样尺寸为100times;100times;1000 mm，在其中心埋入一根直径为32 mm（钢筋比率：8.04％）的大型钢筋。横截面，以提供显着的收缩约束，用于收缩裂纹测试。每种设计规范都规定了钢筋混凝土结构的直拉伸钢筋与混凝土之间的最小粘结长度。根据JSCE [10]，长度可根据混凝土和钢的强度，钢筋半径等计算得出，并且应至少长于钢筋直径的二十倍。在我们的实验条件下，W / C的长度确定为640 mm，因为与混凝土和钢材性能相关的计算值小于640 mm。因此，当样品符合拉伸强度的粘结长度规格时，试样中的总粘结长度至少需要1280毫米。然而，这种粘结长度是用于拉伸钢筋，它可以将混凝土和钢之间的粘结应力传递到钢的屈服点，并且在实验中似乎要传递很小的收缩应力很长。事实上，Nakagawa和Ohno [11]研究了密封混凝土试件的截面直径为32 mm的嵌入钢筋的应变分布，截面为100times;100 mm，早期的W / C为0.24。发现混凝土和钢筋之间的粘结可以足以使混凝土中的收缩应力转移，如果两端的粘结长度大于300mm。因此，在收缩裂缝试验中，钢筋混凝土试件的纵向长度尽可能小，设定为1000mm，以便具有足够的粘结力以引起试样上的收缩裂缝。

该铸件在2007年9月夏天在日本进行铸造，并且在1日龄除去形式后，对所有样品进行了2天的湿润废弃物包裹的湿润固化。初始固化三天后，样品在三种不同的室外条件下干燥，这将在2.2节中解释。

收缩和收缩裂缝试验样品的纵向长度变化约为100毫米，使用精度为0.001毫米的接触应变仪进行测量。测量并平均100times;100times;400mm和100times;100times;1000mm两个侧面以及100times;200times;200mms样品（顶部为铸造表面）的顶部和底部的长度变化。在本文中，固化后相对于初始长度的变化减去热应变被定义为收缩应变。在固化之后和干燥过程中，为了确定从试样中蒸发的水的量，还测量了1g的简易混凝土试样的重量。在100times;100times;400mm试样的情况下，每种干燥条件下的收缩和水分损失的结果是两个试样的平均值。在100times;200times;200mm和100times;100times;1000mm样本的情况下，每个干燥条件下的结果从一个样本获得。所有样品的内部温度和100times;200times;200mm样品的顶部表面温度通过热电偶测量。在干燥开始时，经常测量重量和收缩率，而在变化较小时干燥120天后的测量以约2个月的间隔进行。它们在没有下雨时进行测量，以避免在测量过程中由于雨水渗入导致体重突然增加或肿胀。表2总结了试样的尺寸，试样数量和测量项目，包括下一阶段描述的蠕变试验，图2给出了收缩和收缩裂缝试验的试样示意图。

图2.收缩和收缩裂缝试验样本的示意图。

2.1.2蠕变测试

由于空间和时间限制，蠕变试验开始于收缩和收缩裂缝试验的不同时间。蠕变试验独立于纸张中的收缩和收缩裂缝试验，并且使用与先前试验的那些不同类型的水泥和粗骨料，尽管采用相同的含水量和W / C，如表中所示3.水泥类型为高早强波特兰水泥（III型波特兰水泥），在实际预应力混凝土结构中提供3日龄（早龄期）的预应力，粗骨料被粉碎成石灰石。表3中的抗压强度和杨氏模量也是在湿固化28天后使用phi;100times;200mm圆柱体试样获得的。 100times;100times;400mm的棱形试样包含外径为32mm，内径为25mm的PVC管，以通过预应力筋作为加载试样。为了在纵向上施加持续的压缩应力，在中心处具有约15mm厚的钢板在两端附接，并且直径为17mm的预应力钢筋通过管插入而不用灌浆。为了从负载试样的总纵向应变中减去由于预应力产生的收缩应变和弹性应变而计算出的蠕变应变，同时测量具有无负载管子的相同尺寸的无负载试样的收缩。用铝带密封收缩试样的两端，使边界条件与加载试样相同。图3显示了用于蠕变试验的加载和未加载收缩试样的示意图。

图3.蠕变试验的样本

在收缩试验开始约一年后，于2008年8月进行铸造，对所有试样进行2天湿润废弃物的湿固化以及收缩试验。用手将预应力钢筋用螺母固定，对试样施加持续的压缩载荷。如图3所示，施加的应力通过检查从棒中心的两个2mm箔电应变仪获得的平均应变值来计算。所施加的应力大约为20％（3.6N / mm2）和15％（8.0 N / mm2）分别为W / C = 0.55和0.30的混凝土的抗压强度。施加应力后，试样暴露于与收缩试验相同的三种不同条件下，并且在中心两侧的表面上使用3cm聚酯箔电应变仪测量混凝土的纵向应变，如图3所示。无论何时由于加载试样中的蠕变和收缩而观察到初始施加的应力减少约10％时，再次施加载荷以达到初始施加的应力。从每个预应力引起的弹性应变以及收缩应变从负载试样的总应变中减去以获得蠕变应变。由于在相同混合比例的不同时间铸造的混凝土的热系数为7.4mu;/°C，远小于11mu;/°C的应变片，因此温度变化引起的热应变差异为通过应变仪从测量的应变中减去，通过热电偶使用内部温度。结果是两个样品的平均值，测试信息也总结在表2中。

2.2环境条件

为了综合研究太阳辐射和雨水对混凝土收缩，收缩开裂和蠕变的影响，建立了三种人工户外干燥条件。表4总结了测试程序中的干燥条件。根据WMO温度测量规范[12]，将试样储存在离地面约1.2m的高度以排除地面热量的影响。在SR条件下，样品暴露在由雨水和太阳辐射作用引起的湿润和干燥周期中。另一方面，如表4所示，在条件N下使用木质通风笼子如温度计掩体挡住了雨水和太阳辐射，如表4所示。条件S清澈的塑料屋顶和有间隙的墙壁可以防止雨水和太阳辐射和风处于最严酷的干燥条件，因为太阳辐射促进了无雨的干燥。作为参考，将其他标本在相对湿度为60％和20℃的良好控制室中干燥。

环境部[13]在离实验室约800米的地方测得的环境温度和相对湿度数据作为参考，而实验室所在城市的降雨量来自日本气象厅[14]。 在收缩和收缩裂化试验中，平均温度和相对湿度分别为14.6℃和63.3％。 在蠕变试验中，平均温度和相对湿度分别为16.4℃和64.9％。 图4显示了收缩和蠕变试验过程中环境温度和相对湿度的变化。

图4.测试过程中环境温度和相对湿度的变化。

3.实验结果与分析

3.1太阳辐射和雨水对混凝土水分损失行为的影响

图5给出尺寸为100times;100times;400mm的试样的质量损失变化。质量损失通过干燥试样和固化试样之间的重量差除以固化物的重量来计算标本。在N条件下W / C = 0.55的样本的质量损失在干燥时间180天时由于屋顶的一部分的雨水泄漏而突然下降。但是，由于修复后质量损失增加，并且趋势可能类似于W / C = 0.30的样本的情况，这种泄漏的影响被认为是小的。在所有条件下，W / C = 0.30的混凝土的水分损失远小于W / C = 0.55的混凝土的水分损失。这是由于以前的研究指出，较低的水灰比混凝土的孔隙率较低[15]。

比较条件S下的水汽行为与太阳辐射和N条件下的太阳辐射条件下的混凝土质量损失，Swas条件下的混凝土质量损失比条件下大约大50％N在低W / C和高W / C情况下，因为太阳辐射提高混凝土并导致干燥加速。第3.3节将描述太阳辐射引起的温度升高。

接下来，通过比较条件SR下的湿度和降雨条件下的湿度变化，讨论降雨对水分损失的影响，如图5所示。在干燥过程开始时，液体雨水的渗透大大降低了即使环境相对湿度由于下雨而增加，但在条件S下，混凝土的质量损失，而空气中蒸气的侵入并未降低条件S下的混凝土质量损失。即使条件SR包括太阳辐射，在日本冬天几乎没有日期的情况下，在条件SR下混凝土的质量损失仅显示从干燥时间的50至80天略微增加。低水泥和高水泥的比例趋势是相同的。得出的结论是，雨水可以极大地抑制水分流失，一旦雨水直接渗入混凝土的内部孔隙中，需要很长时间才能使水分蒸发并且质量损失很小。

另外，由于持续雨水被逐渐吸收到混凝土内部，所以在日本雨季多雨没有暴雨的情况下，在干燥时间为80到200天的SR条件下的质量损失几乎保持不变。正如安德拉德等人。 [16]指出，雨水渗透率受雨季持续时间的影响大于降雨量。

尺寸为100times;200times;200毫米的试样的质量损失变化如图6所示。这似乎是合理的，隔热材料吸收雨水，但由于其粗糙的多孔介质应在微天气下很快干燥。 事实上，当绝热材料浸入水中一天，然后在实验室中干燥一天时，超过99％的吸收水蒸发。 另外，隔热材料中吸收的水分不能渗透到混凝土中，因为混凝土与隔热材料的两侧都涂有足够的环氧树脂。 尽管绝热材料的吸水性可能影响试件的重量测量，但由于在没有下雨的情况下进行测量，并且由于环氧树脂保护，混凝土不能从侧面吸收雨水，因此对质量损失的影响应该很小。

图5.质量损失的变化（100times;100times;400mm试样）。

图6.质量损失（100times;200times;200mm试样）的变化。

在干燥过程开始时SR条件下样品质量损失的负值可能受雨水从样品顶部渗入自干混凝土的影响，而其他样品在S和N条件下无雨不断减重。 S条件下的混凝土质量损失与N条件下的混凝土质量损失相差不大，而100times;100times;400mm试件情况下S条件下的水分损失大于N条件下的损失。这归因于暴露于太阳辐射下的表面积与总干燥表面的比例较小。对于实际土木结构中可能具有较小S / V的样本，雨水也可以显着抑制干燥并在SR条件下导致最小的质量损失。据推测，雨水会干扰实际混凝土结构的干燥过程，即使在太阳辐射下吸收的雨水也不会蒸发。

180天后质量损失速率的增加似乎是由于长期暴露在环境中导致侧面部分隔热材料的逐渐损失而引起的。 由于180天后各种条件下的水分流失趋势与绝热未受损的前120天没有不同，因此隔热材料损失的影响应该不显着，但是精度 的后180天后的质量损失数据不能保证。

3.2太阳辐射和雨水对普通混凝土收缩性能的影响

100times;100times;400mm混凝土试样在各种条件下的收缩率变化如图7所示。这里，假定热传导系数为10mu;/°C，这是使用

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