温度应力试验机与温度应力实验_林志海.pdfVIP

温度应力试验机与温度应力实验 林志海，覃维祖 （万科企业股份有限公司，清华大学） [摘要]： 温度应力试验机是将混凝土材料与其在结构表现相互桥接、联系起来的现今唯一的试验设备。 其他试验与仪器则都是把这两者分离的，即要么是测试材料在实验室里处于新拌或硬化状态且变形不受约 束的性能，要么是混凝土业已硬化的构件的力学与其他性能测试。而事实上混凝土自半液半固的塑形状态 向弹塑性转化过程，其温度变化、变形以及所形成的内应力，对其后抵抗外荷载，以及各种收缩变形受约 束产生的应力积累、微裂缝延伸、扩展，很有可能导致混凝土的宏观开裂，都具有重要或决定性作用，在 很大程度上影响混凝土结构耐久性。因此，温度应力试验机以及相关实验方法把混凝土材料与结构行为的 表现联系起来的这种效能应该引起混凝土结构相关的设计、研究、生产与应用部门的广泛重视。 [关键词]：温度应力试验机，约束应力，温度变形，温度应力，结构性能 1．问题的提出 混凝土的开裂问题一直是难以解决的问题，混凝土结构物由于开裂的发生而导致内部 钢筋锈蚀也大大影响了其耐久性。如果要实现钢筋混凝土结构物可以耐久使用，必须要首 先克服开裂问题。 可是，到目前为止，还很难说在实际工程中通过采用材料或者工程上的技术去有把握 地避免混凝土开裂的发生。这是因为混凝土固有的材料特性所决定的，即混凝土从浇筑到 凝固的过程当中，各种收缩总要受到约束而产生内部拉应力，这种拉应力通常会大于抗拉 强度，因此开裂很容易发生。 从提高混凝土抗裂性能的角度去避免开裂，需要从控制拉应力入手，因为抗拉强度难 以大幅度提高。与提高抗拉强度相比，控制拉应力会相对容易一些。决定拉应力的因素包 括：约束程度、变形、弹性模量。约束程度是指混凝土自浇筑开始所发生的自由变形受到 限制的程度，即受限制的自由变形与自由变形的百分比。约束程度越大，拉应力也越大。 由于产生开裂的原因既有材料自身的原因，也有结构设计、施工工艺的原因。为了界定开 裂产生的责任，可以定义当约束程度为100%时混凝土是否有较好的抗裂性能，为材料是否 合格的标准。工程现场混凝土结构物各个部位的约束程度有可能小于或者大于100%。如果 是后者，则是在外力的作用下是混凝土发生了额外的变形，这种情况可以认为是设计或者 施工的原因。从材料自身属性以及收缩变形受到约束的角度来看可以认为，约束程度在 100%时是最不利的情况。 另外一个决定拉应力大小的因素是变形，通常混凝土的变形种类有温度变形、自生收 作者简介：林志海，男，1975 年3 月，资深专业经理，深圳市盐田区大梅沙环梅路33 号，518083， 0755转81387 。 缩、干燥收缩，在添加膨胀剂的情况下还有膨胀变形。由于混凝土的热膨胀系数在硬化阶 1～6 段由一个较大的数值降到一个较小的数值 ，单纯的升温膨胀比降温收缩要大，混凝土的 7 整体温度变形是呈膨胀的。自生收缩是混凝土水化反应及内部自干燥所引起的固有收缩 。 干燥收缩是混凝土内部未水化水分蒸发引起的毛细吸力所引起的体积收缩。这些收缩所叠 加起来的变形受到约束时，就会产生应力，收缩越大，拉应力也越大。 还有一个决定拉应力大小的因素是弹性模量。可以认为，当混凝土的弹性模量越大， 引起的约束应力也越大。虽然前面所说到了升温膨胀会比降温收缩大，但是由于混凝土的 弹性模量在硬化过程中从零发展到一定的数值，也就是在升温阶段的模量比降温阶段的模 量要小很多，因此对应单纯的温度变形所产生的应力是拉应力。再叠加上自生收缩和干燥 收缩的影响，混凝土在工程中表现出的材料特性呈现为容易开裂。 8～12 需要指出的是，混凝土还有一个重要的材料性质是应力松弛作用 ，也就是所发生 的自由变形中，有一部分的变形会由于徐变的作用而使应力发生松弛，这部分变形就是徐 变变形，另一部分能产生应力的变形为弹性变形，当这部分变形受到约束，就会产生应力， 并且与弹性模量成正比。 为了克服开裂问题，就需要在最不利的约束程度条件下，对混凝土的变形、弹性模