混凝土徐变系数研究及应用于防裂方法

工程设计人员在选择预测模型时所关注的一个问题就是能否全面考虑影响混凝土徐变的主要因素。从表2.2可以看出,除了对影响徐变的主要因素如环境相对湿度、构件的形状尺寸、加载龄期、混凝土的强度外,各种常见徐变预测模型考虑的材料影响因素是比较分散的,而且各影响参数间的独立性和关联性有待进一步研究[107]。实际上,众多徐变预测模型的提出大都来源于大量的试验数据,并且较为全面地选择影响徐变的主要因素,采用多种函数模型拟合数据,以期达到较为精确的预测效果。

表2.2　几种预测模型所考虑的材料和环境因素

由于各预测模型中的各参数均通过已有的试验结果拟合得出,均为半经验半理论公式,因而,各模型均在试验条件所规定的范围内适用,超过这一范围模型预测结果的精度将得不到保证,几种常见预测模型的适用范围见表2.3。

表2.3　几种常见预测模型的适用范围(www.xing528.com)

注 Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类水泥采用的是美国的水泥分类标准,对应于欧洲标准分别是普通快硬水泥R(Normal/Rapid Hardening)、慢硬水泥SL(Slow Hardening)和高强快硬水泥RS(Rapid Hadening High Strength)。

就模型考虑的影响因素而言,各个模型的考虑大相径庭。除了环境相对湿度、构件的体表比、加载龄期、计算龄期、强度外,各个模型考虑的影响因素比较分散,很不一致,ACI209R(1992)模型考虑了28d弹性模量、粗细骨料重量比、坍落度、空气含量、混凝土密度等5种因素;CEB-FIP系列模型考虑了环境温度、28d弹性模量、水灰比等;GZ模型考虑了加载时强度和开始干燥龄期;GL2000模型考虑了开始干燥龄期;建科院模型还考虑了粉煤灰、养护条件等;B3模型考虑得更多,其中包括了构件截面形状等在内的11种因素。一种模型对影响混凝土徐变的主要因素考虑是否全面,是工程设计人员在选择模型时所关注的一个重要问题。综上所述,国内外主要模型对这些主要因素都进行了部分的考虑,理论上讲应该考虑所有的影响因素,因为从开始浇筑直至服役终止的过程中,所有影响混凝土基本力学性能的内外部因素都直接或者间接地影响混凝土的徐变这一特性。

如要更全面反映实际因素,可选用模型应该包含的参数多、计算方便,适用的范围大,能够切实在结构设计阶段有较为具体的规定。应跟踪国际上徐变研究的新动向,及早研究并将其纳入我国的规范中。一般而言,对大型新型结构和大批量构件,应尽可能提前在实际环境中做徐变收缩试验,为修正值提供依据和积累可靠资料。而对结构竣工后的长期徐变,有必要专门加以观测研究。测试测量数据力求真实,参数变化时立即修正重算。仿真程序本身也应具备根据采集的实测位移和应力数据自动对原始参数值进行识别优化的功能。在结构设计和现场施工控制中,考虑徐变计算结果通常偏于安全地留有20%余地[108]。

基于混凝土徐变的非线性本质,尽管在线性徐变范围,当混凝土在变应力作用下或在反复加、卸载的情况下,采用线性累加方法进行徐变预测的误差是可观的。上述有些模型如CEB-70将徐变划分为可恢复徐变、初始徐变和滞后徐变,虽然有理论意义但在实际工程和试验中很难将它们区分出来,难以在模型的运用中对其中各项进行不断的检验和修正。因此,就本构模拟而言,以简化的方式表达徐变的非线性特征,建立一种线性乘积模型,才能使徐变预测模型适用并能从普通混凝土推广到高性能混凝土的领域。