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混凝土徐变试验为什么不能省:从试件埋点到徐变度计算的实测链条

文章作者:发布时间:2026-11-10 15:32:21人气:

在预应力混凝土桥梁、大跨框架和核电屏蔽结构中,结构在长期荷载下的变形并不是"一加载就到位",而是随时间缓慢发展。这部分随时间增长的附加变形就是徐变。设计时若只按弹性模量算变形,跨中下挠和预应力损失都会被低估,因此规范要求用实测的徐变参数。徐变试验的周期长达数月甚至一年,是混凝土长期性能试验中***耗时间的一项,也是***容易被简化掉的一项。

一、徐变与收缩必须分开测

混凝土在持续荷载下的总变形包含三部分:加荷瞬间产生的弹性变形、随时间发展的徐变变形,以及不受荷载影响、单纯由水分迁移引起的收缩变形。三者叠加在一起测出来,无法直接分离出徐变。所以徐变试验必须同时成型一组不受荷的对比试件,放在完全相同的环境中同步测读,用受荷试件的变形减去对比试件的收缩,剩下的才是真正的徐变。

这也解释了很多试验室数据对不上的原因:只做受荷试件不做对比试件,或者两组试件不在同一间房里,温度差一两度、湿度差几个百分点,算出来的徐变度就带上了系统偏差,而且这种偏差在后期会越滚越大。

二、试件与测点的准备

按 GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》,徐变试验采用 100mm×100mm×400mm 的棱柱体试件,一组三个,同时另配同批成型的收缩对比试件。试件两侧面沿纵向预埋不锈钢测头,标距 200mm。测头位置要在成型时就固定好,拆模后再钻孔粘接的做法,在长达一年的测读中很容易松动,一松动整条曲线就出现台阶。

试件端面是加荷面,平整度直接决定受力是否均匀。端面不平,加荷时试件局部受压,测出来的变形里混进了偏心的弯曲分量,数值偏大且离散。成型时用钢模、振捣密实、端面抹平,养护到规定龄期后还要用磨平机处理,才能装上徐变仪。

加荷应力为什么取 0.4 倍

加荷应力取同一批试件棱柱体轴心抗压强度的 0.4 倍。这个比例不是随意定的:应力比太低,变形量小到接近测量系统的分辨率;应力比超过 0.5 以后,试件内部微裂缝快速发展,测出来的就不只是徐变,还掺进了损伤引起的附加变形。0.4 倍是长期持荷下强度稳定与变形可测之间的折中,标准中已经写定,不能按试验方便自行调整。

三、徐变仪究竟在测什么

徐变仪的本质是一套能长期保持恒定压力的加载架。老式弹簧式徐变仪靠压缩弹簧储能加荷,结构简单、不依赖电源,但有一个绕不开的缺陷:试件随时间收缩和徐变,高度变短,弹簧随之伸长、压力衰减。要保持恒压,必须按规程定期人工补压,补压不及时,整个试验的应力历史就不再恒定,数据只能作为参考。

现在常用的液压式、伺服式混凝土徐变仪,用轮辐式荷载传感器实时监测压力,压力偏离设定值时自动补压,同时用位移传感器跟踪试件变形。多套加载架可以并联,一台采集系统同时记录十几个试件的压力和变形,长期运行也不需要人守着。对周期 360 天的试验来说,这一点比单纯的示值精度更重要——中途断一次数据,前面的测读基本作废。

四、测读龄期与环境控制

加荷完成后要在短时间内完成首次读数,随后按 1d、3d、7d、14d、28d、45d、60d、90d、120d、150d、180d、270d、360d 的顺序测读。前期密、后期疏,是因为徐变发展前快后慢:头一个月往往能完成总徐变量的六成以上,之后曲线逐渐平缓。早期测读龄期前后错开一两天,对结果影响明显;后期错开几天,影响相对有限,但仍要按龄期如实记录。

徐变室的环境条件是温度 20℃±2℃、相对湿度 60%±5%。温湿度不是可有可无的背景条件,它直接参与变形:温度升高,水化加快、徐变增大;湿度降低,试件失水干缩,测值里混入收缩分量。试验室应装温湿度记录仪并全程留痕,数据异常时才能回头判断是材料本身的问题,还是环境失控。

五、从变形读数到徐变度

每次测读得到的是试件的总变形量,先减去对比试件的同期收缩变形,得到徐变变形,再除以标距换算成徐变应变。徐变度是单位应力作用下的徐变应变,用徐变应变除以加荷应力,量纲上是微应变每兆帕。徐变系数则是徐变应变与加荷瞬间弹性应变之比,是一个无量纲数,设计规范里做预应力损失和挠度验算时常用的就是它。

同一批数据可以同时给出徐变度和徐变系数,用途不同:材料研究、有限元时变分析多用徐变度;按规范做结构验算时,徐变系数更直接。计算时要注意基准点的取法,是以加荷瞬间的读数为零点,还是以加荷前的读数为零点,两者差一个弹性变形,基准混用会让整条曲线整体平移。

六、几个常见故障的判断顺序

加荷后读数跳动,先查测头是否松动、位移传感器固定是否牢靠,再怀疑采集系统。压力保持不住,先看液压回路有无渗漏,再看补压逻辑是否被误设成手动。同一组三个试件数据离散大,多半是端面平整度或加荷偏心造成的,拆下来重新磨平、对中后再装。

还有一点常被忽略:徐变试验进行中不能挪动试件。加载架一旦安装到位,试件的受力状态就固定了,挪动一次相当于重新加荷,之前的变形历史全部作废。试验室在做空间规划时,要把徐变室的位置和后续几个月的使用计划一起考虑,别让一项长期试验给别的检测让路。

结语

徐变试验的价值不在于单次测量的精度有多高,而在于几个月里应力、温度、湿度三项条件的稳定。选一台能自动补压、能连续采集的混凝土徐变仪,配一组认真埋好测头的对比试件,比事后反复修正计算过程更有意义。数据链条干净,徐变系数才敢用到设计里去。

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