混凝土的蠕变效应及其影响分析

混凝土是亲水材料，因内部含有大量的孔隙具有巨大的内表面积，水分子及其在孔隙面处产生的表面力突显出强烈的液体与固体的相互作用。这种作用力对水的饱和度极其敏感。固液作用力包括沿着孔壁的分子吸附力、毛细孔内毛细力和凝胶内纳米级孔隙中的层间水化水产生的层间力。

在非常低的饱和度，吸附过程受到水分子与固体表面的分子或离子的排斥或吸引力控制。水的吸附是水分子对固体的分子吸引力大于气体分子对固体的黏结力。孔隙壁内吸附的水层服从微观扩散压力同水蒸气相接触，这在固体表面产生表面张力。这种扩散压力随着固体壁间距的增加而减小。

在高饱和度，发生毛细管水凝聚作用。在细小的孔内，吸附水的分子由凝聚作用突然变化为更加稳定的排列方式，由于表面张力，在液体与气体的交界面形成了弯月形状。

如图3.13所示是Rossi等（1990）给出的试验结果，可以看出，在干混凝土中断裂韧度在不同的裂缝开展速度下保持为常量，而湿混凝土的断裂韧度是裂缝开展速度的函数，并且不具有单调性，这一方面说明混凝土中的水的确影响混凝土的强度，但在低应变率下和高应变率下表现出不同的影响机制。(www.xing528.com)

图3.13　断裂韧度随断裂扩展速度变化关系曲线（Rossi，1990）

在低应变率下混凝土中的毛细水对其开裂过程的影响反映出一种蠕变机制。湿混凝土微孔洞中含有水和水蒸气，即有新月形水体存在。新月形水体产生的张力使得固体骨架产生预应力。当在混凝土中突然出现宏观或微观裂缝时，会产生空穴现象，类似于对介质的水锤。因此，水将从微孔洞向新生成的裂缝缝隙流动，并导致裂缝附近微孔洞中液体汽化。这种物理机制的直接后果是微孔洞的新月形水体减小，使作用在固体骨架的预应力增加，表现为裂缝后自干缩现象，这些物理变化伴随着微孔洞周围区域温度下降，固体骨架预应力和表观断裂韧度增加。裂缝扩展速度越低，这种机制所产生的效果越明显。Rossi等（1990）认为上述蠕变机制可说明图3.13中湿试件初始的断裂韧度KIC下降的现象，在最低断裂韧度发生处，可以忽略水汽弥散对裂缝开展速度的影响，并把较高裂缝扩展速度下的断裂韧度增加归结为惯性效应。