混凝土的变形性能
混凝土的变形性能
引言概述混凝土是一种广泛应用于建筑和基础设施工程中的材料，其变形性能对结构的稳定性和承载能力至关重要。
混凝土的变形性能包括其弹性变形、塑性变形以及与外界加载和环境变化相关的不可逆变形等方面。
本文将对混凝土的变形性能进行详细的阐述，以帮助读者更好地了解混凝土的力学行为和使用限制。
正文内容1.弹性变形1.1应力应变关系1.2弹性模量与泊松比1.3弹性恢复性能1.4弹性极限2.塑性变形2.1屈服强度与延展性2.2塑性变形过程2.3应力应变曲线与塑性模量2.4塑性破坏与延性3.不可逆变形3.1蠕变变形3.2收缩变形3.3离析变形3.4温度变形3.5疲劳变形4.变形受限制因素4.1预应力和约束4.2混凝土强度等级4.3混凝土配合比4.4抗裂性能要求4.5温度和湿度环境5.变形性能影响因素5.1骨料性质的影响5.2控制水胶比的影响5.3初凝时间和硬化过程的影响5.4龄期和养护的影响5.5外加剂的影响总结混凝土的变形性能对结构的稳定性和承载能力具有重要影响。
在设计和施工过程中，需要全面考虑混凝土的弹性变形、塑性变形以及与外界加载和环境变化相关的不可逆变形。
弹性变形是混凝土受力后的可恢复性变形；塑性变形是混凝土在超过弹性阈值后发生的不可恢复性变形；不可逆变形包括蠕变变形、收缩变形、离析变形、温度变形和疲劳变形等。
混凝土的变形性能受多种因素影响，包括骨料性质、控制水胶比、初凝时间和硬化过程、龄期和养护以及外加剂等。
只有充分考虑和控制这些因素，才能确保混凝土的变形性能满足结构设计和使用要求。
《混凝土的变形性能》PPT课件
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(1).砼的弹塑变形:
➢加荷载σ,应变ε, 弹塑
干燥收缩（Dry Shrinkage）能使混凝土表面出 现拉应力而导致开裂
❖ （2）、机理：
➢ 混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛 细孔中形成负压，产生收缩力，导致混凝土产生收 缩裂缝。
➢ 同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶 体因失水而产生紧缩。
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干缩示意图
干燥环境
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5.3 混凝土的变形性能
二、荷载作用下的变形
短期荷载作用下的变形－弹塑性变形 长期荷载作用下的变形—徐变
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二、荷载作用下的变形 (一)短期荷载作用下的变形－弹塑性变形
1.砼受力变形及破坏的4个阶段
(I)裂缝无明显变化阶段(收缩裂缝阶段):
当荷载达到“比例极限”
极限荷载(%)
般在混凝土成型后40d左右增长较快，以后逐渐 趋于稳定。
✓ 化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用，
但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
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✓
一.非荷载作用下的变形
3.干湿变形（物理收缩）
❖ （1）、定义
➢ 由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土 的干湿变形，表现为干缩湿胀。
➢ 混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但
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混凝土的应变性能与变形控制
混凝土的应变性能与变形控制混凝土作为一种常见的建筑材料，其应变性能和变形控制对于保证建筑结构的稳定性和耐久性至关重要。
在本文中，将探讨混凝土的应变性能及其变形控制的相关内容。
1. 混凝土的应变性能混凝土在受力作用下会发生应变，而其应变性能是指混凝土在受力下产生的应变大小以及其随时间的变化情况。
混凝土的应变性能与其材料组成、配合比、固化时间以及外部环境等因素密切相关。
1.1 抗压应变性能混凝土在受到压力时会发生变形，而其抗压应变性能指混凝土在受到压力作用下的应变能力。
通常使用压力应变试验来评估混凝土的抗压应变性能，该试验会施加逐渐增加的压力，记录混凝土的应变和应力数据。
通过分析数据可以确定混凝土的抗压应变性能及其变化规律。
1.2 抗拉应变性能混凝土在受到拉力作用时也会发生变形，而其抗拉应变性能指混凝土在受到拉力作用下的应变能力。
由于混凝土的抗拉能力较弱，常常采用加入钢筋等增强手段来提高其抗拉应变性能。
通常使用拉应变试验来评估混凝土的抗拉应变性能，该试验会施加逐渐增加的拉力，记录混凝土的应变和应力数据。
1.3 抗剪应变性能混凝土在受到剪力作用时同样会产生应变，而其抗剪应变性能指混凝土在受到剪力作用下的应变能力。
通常使用抗剪应变试验来评估混凝土的抗剪应变性能，该试验会施加逐渐增加的剪力，记录混凝土的应变和应力数据。
2. 变形控制混凝土结构在使用过程中会因为外力作用或者其他因素而发生变形，而合理的变形控制是保证建筑结构安全稳定的重要手段。
变形控制的目标是使混凝土结构的变形保持在允许范围内，同时要注意避免产生过大的变形。
2.1 配合比设计混凝土的配合比设计是变形控制的重要环节之一。
通过合理调整混凝土的水灰比、粗细骨料比例等参数，可以有效控制混凝土的收缩、膨胀和变形等问题。
在配合比设计中，还可以使用适量的掺合料和化学添加剂来改善混凝土的变形性能。
2.2 结构形式选择在设计混凝土结构时，选择合适的结构形式也是变形控制的重要考虑因素。
混凝土温度变形性能测试标准
混凝土温度变形性能测试标准一、前言混凝土是建筑工程中常用的主要材料之一，其力学性能和变形性能是工程设计中必须考虑的重要因素。
对于混凝土的变形性能，温度是一个关键因素，因为温度的变化会引起混凝土的热胀冷缩，从而导致混凝土变形。
因此，为了保证混凝土结构的安全可靠，必须对混凝土的温度变形性能进行测试。
二、测试原理混凝土的温度变形性能测试主要是通过对混凝土试件进行恒定温度负荷试验来实现的。
具体原理如下：1.试件制备根据设计要求，制备混凝土试件，并进行养护。
2.试件装置将试件放置在试验装置中，使其能够承受恒定温度负荷。
3.恒温负荷试验通过试验装置控制试件温度，使其保持恒定，同时对试件施加恒定荷载，并测量试件的变形。
4.数据处理通过测量的数据计算出试件在恒定温度负荷下的变形量和应力应变关系。
三、测试方法混凝土的温度变形性能测试可以采用以下两种方法：1.恒温负荷试验法这种方法适用于需要考虑温度因素的混凝土结构，如桥梁、隧道、水电站等。
具体步骤如下：（1）试件制备：按照设计要求制备混凝土试件，并进行养护。
（2）试件装置：将试件放置在试验装置中，使其能够承受恒定温度负荷。
（3）恒温负荷试验：通过试验装置控制试件温度，使其保持恒定，同时对试件施加恒定荷载，并测量试件的变形。
（4）数据处理：通过测量的数据计算出试件在恒定温度负荷下的变形量和应力应变关系。
2.热膨胀试验法这种方法适用于需要考虑混凝土热膨胀性能的混凝土结构，如高温熔铸、火灾等。
具体步骤如下：（1）试件制备：制备相同尺寸的两个混凝土试件，并进行养护。
（2）试件装置：将两个试件放置在试验装置中，并使它们之间有一定的距离。
（3）热膨胀试验：通过试验装置控制试件温度，使其保持恒定，观察试件的变形情况。
（4）数据处理：通过测量的数据计算出试件的热膨胀系数。
四、测试标准混凝土温度变形性能测试的标准主要包括以下几个方面：1.试件尺寸和制备要求试件的尺寸和制备要求应符合国家相关标准，如《混凝土结构设计规范》（GB 50010）。
混凝土变形性能
混凝土变形性能由于混凝土并不是完全的弹性体，应力与应变成曲线关系，大体分为三个阶段：在荷载较小的初期阶段近似于直线；随着荷载的增大，曲线曲率慢慢增大，以至达到最大应力嘞和相应的应变S0 ；最后，应力随着应变增大而减小，达到极限应变而破坏。
混凝土的变形，会由于加荷方式及荷载作用的持续时间不同而不同。
当加荷时间极短（约1min）时，混凝土产生的变形称为急变。
当应力较低时，可以认为只是弹性变形；当应力增大时，除了弹性变形以外，还产圭一部分不能恢复的塑性变形。
如果将同一试件进行一系列连续的加荷与卸荷，其应力在两个固定限度之间循环变化，则可以看到一次接一次的塑性变形会逐渐减少。
经过若干次加荷以后，所得的总变形趋于一定值。
（一）徐变混凝土在长期恒荷载的作用下，变形随着时间的持续而增加的变形称为徐变，不包括收缩、膨胀和温度变形。
徐变试验采用的荷载一般为破坏荷载的30流右。
混凝土的徐变主要是由其中的水泥浆产生的。
骨料在许可荷载作用下不会产生徐变。
但是，骨料对水泥石的徐变有约束作用，骨料用量越多，弹性模数越大，约束作用越大，即徐变越小。
也就是说，徐变主要是在持续荷载的作用下，由于凝胶体中的水分缓缓压出和水泥石的黏性流动、微细空隙的闭合、结晶内部的滑动以及微细裂缝的发生等各种因素累加起来的。
因此，水泥的性质与用量、混凝土的水灰比、粉煤灰的掺量、水化程度、养护和试验期间的温湿度、龄期以及应力大小、荷载种类和试件大小等，对徐变都有一定的影响。
应该指出，在徐变变形中，实际上也包含一部分可以恢复的弹性变形在内。
在荷载作用期间，徐变速度会越来越慢。
混凝土的徐变特眭对钢筋混凝土，特别是对预应力混凝土及大体积｝昆凝土的温度应力计算，影响裉大。
对于一般受力构件，常常能消除一部分集中应力的影响，能将力自混凝土传递到钢筋上，使混凝土中的应力重新分布而变得均匀；会减少不均匀收缩产生的应力，减少裂缝开展，有利于防止结构物裂缝的形成。
但是，在预应力结构中，徐变则能引起预应力的损失。
混凝土梁的变形性能试验方法
混凝土梁的变形性能试验方法一、引言混凝土梁是建筑结构中常见的构件，其变形性能是评估结构安全性的重要指标之一。
因此，开展混凝土梁的变形性能试验是非常必要的。
本文将介绍混凝土梁的变形性能试验方法。
二、试验前的准备工作1. 试验设备准备混凝土梁的变形性能试验需要准备的设备有：试验机、测量仪器、测量传感器、钢板、压力传感器、数据采集系统等。
2. 试验材料准备试验所需的混凝土梁需要按照设计规格制作，制作过程需要按照标准操作流程进行。
在制作过程中，需要注意混凝土的配合比、振捣程度、养护时间等。
3. 试验环境准备试验环境需要保证稳定，室内温度应控制在20℃±2℃之间，相对湿度应控制在50%±5%之间。
三、试验步骤1. 混凝土梁的预应力加压根据试验设计要求，将混凝土梁放置在试验机上，将预应力加压在梁的两端，使其产生弯曲应变。
2. 试验数据采集将测量传感器和压力传感器安装在混凝土梁的适当位置，用数据采集系统采集试验数据。
试验数据包括混凝土梁的弯曲应变、弯曲破坏荷载等。
3. 弯曲荷载施加根据试验设计要求，采用三点弯曲或四点弯曲方式施加荷载，逐步增加荷载，直至混凝土梁发生破坏。
4. 试验数据处理将试验数据进行处理，绘制混凝土梁的应变-荷载曲线和弯曲刚度曲线。
同时，计算混凝土梁的弯曲破坏荷载、弯曲破坏应变等参数。
四、试验注意事项1. 混凝土梁的制作应按照设计要求进行，制作过程中应注意混凝土的配合比、振捣程度、养护时间等。
2. 试验过程中应注意试验环境的稳定性，室内温度和相对湿度应控制在规定范围内。
3. 在试验过程中，应注意安全，保证试验人员的人身安全和设备安全。
4. 试验数据采集应准确无误，数据处理过程应规范，避免误差产生。
五、总结混凝土梁的变形性能试验是评估其结构安全性的重要手段，本文介绍了混凝土梁的变形性能试验方法。
在试验过程中，需要注意混凝土梁的制作、试验环境、试验数据采集等方面的问题，以保证试验结果的准确性和可靠性。
混凝土的变形,耐久性
第三节混凝土的变形性能混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。
非荷载作用下变形又包括：化学收缩、塑性收缩、干湿变形、温度变形；荷载作用下变形包括：短期变形和长期变形。
一．混凝土在非荷载作用下的变形1．化学收缩在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，会引起混凝土产生收缩，称为化学收缩。
其收缩量随混凝土龄期的延长而增加，大致与时间的对数成正比。
一般在混凝土成型后40d内收缩量增加较快，以后逐渐趋向稳定。
这种收缩不可恢复，化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
2．塑性收缩混凝土成型后尚未凝结硬化时属于塑性阶段，在此阶段往往由于表面失水而产生收缩，称塑性收缩。
新拌混凝土若表面失水速率超过内部水分向表面迁移的速率时，会造成毛细管内部产生负压，因而使浆体中固体粒子间产生一定的引力，便产生了收缩。
如果引力不均匀作用于混凝土表面，则表面将产生裂纹。
预防塑性收缩的方法是降低混凝土表面失水速率、采取防风、降温等措施。
最有效的方法是凝结硬化前保持表面的润湿，如在表面覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。
3．干湿变形主要取决于周围环境湿度的变形，表现为干湿缩胀。
干缩对混凝土影响很大，应予以特别注意。
混凝土处于干燥环境时，首先发生毛细管的游离水蒸发，使毛细管内形成负压，随着空气湿度的降低，负压随之增加，产生收缩力，导致混凝土整体收缩。
当毛细管内水蒸发完后，若继续干燥，还会使吸附在胶体颗粒上的水蒸发。
由于分子引力的作用，粒子间距离小，引起胶体收缩，称这种收缩为干燥收缩。
混凝土干缩变形是由表及里逐渐进行的，因而会产生表面收缩大，内部收缩小，导致混凝土表面受到拉力作用。
当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。
此外，混凝土在干缩过程中，骨料并不产生收缩，因而在骨料与水泥石界面上也会产生微裂纹，裂纹的存在，会对混凝土强度，耐久性产生有害作用。
影响因素有：水泥用量、品种、细度；水灰比；骨料的质量；养护条件。
混凝土的力学性能测试
混凝土的力学性能测试混凝土的力学性能测试分析与应用混凝土作为一种重要的建筑材料，在现代社会建设中起着不可或缺的作用。
为了确保混凝土结构的安全性和可靠性，对混凝土的力学性能进行测试是至关重要的。
本文将探讨混凝土的力学性能测试方法及其在实际工程中的应用。
一、混凝土的力学性能测试方法混凝土的力学性能测试主要包括强度测试、抗裂性能测试和变形性能测试。
下面将分别介绍这三种测试方法。
1. 强度测试强度是评价混凝土品质的重要指标之一。
强度测试常用的方法有抗压强度测试和抗折强度测试。
抗压强度测试是通过对混凝土试块施加压力来测定其抗压强度。
测试时，从施工现场随机采集混凝土试块，根据标准尺寸制作成试块，然后在特定的试验设备中施加压力，测定试块的破坏荷载，进而计算出抗压强度。
抗折强度测试是通过对混凝土梁或板进行弯曲加载来测定其抗折强度。
测试时，制作一定尺寸的混凝土梁或板，然后在弯曲试验机上施加载荷，测定其破坏荷载，进而计算出抗折强度。
2. 抗裂性能测试混凝土在使用过程中容易出现开裂现象，因此抗裂性能测试对于评估混凝土结构的耐久性至关重要。
常用的抗裂性能测试方法有拉伸试验和弯曲试验。
拉伸试验是通过对混凝土试块施加拉力来测定其抗拉强度。
测试时，根据标准尺寸制作试块，在拉力试验机上施加拉力，测定试块的破坏荷载，进而计算出抗拉强度。
弯曲试验是通过对混凝土梁或板进行弯曲加载来测定其抗裂性能。
测试时，根据标准尺寸制作混凝土梁或板，在弯曲试验机上施加加载，观察裂缝的形成和扩展情况，评估混凝土的抗裂性能。
3. 变形性能测试混凝土在受到外力作用下会发生变形，因此变形性能测试可以用于评估混凝土的变形能力。
常用的变形性能测试方法有收缩性能测试和徐变性能测试。
收缩性能测试是通过测量混凝土在硬化过程中的收缩量来评估其收缩性能。
测试时，制作标准尺寸的试块，通过测量试块的长度变化来计算收缩量。
徐变性能测试是通过施加恒定应力后，测量混凝土的应变随时间的变化，评估其徐变性能。
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在混凝土硬化初期，水泥水化放出较多热 量，而混凝土又是热的不良导体，散热很 慢，因此造成混凝土内外温差很大，有时 可达50～70℃，
这将使混凝土产生内胀外缩，结果在外表 混凝土中将产生很大的拉应力，严重时使 混凝土产生裂缝。
4、温度变形（温度收缩、冷缩）
（5）大体积砼温度应力裂缝的控制
体积变形引起砼裂缝的原因:
结构物里的混凝土构件，总要受到一定的约束， 如来自地基的摩擦、其它构件、配筋或混凝土 体内外变形差异的约束。
当弹性材料的应变(变形)完全受到限制，就产 生弹性应力。应力大小取决材料的应变ε和弹 性模量E（σ= Eε）。
当变形产生的应力，超过砼抵抗断裂的能力时， 就会引起开裂，出现宏观可见裂缝。
5.3 混凝土的变形性能
硬化砼的变形2种类型
非荷载作用下的变形 ➢化学收缩;干燥收缩; ➢自收缩;温度收缩; ➢塑性收缩;碳化收缩.
化学收缩 干燥收缩 塑性收缩 温度收缩
荷载作用下的变形
➢短期荷载作用下的变形(弹塑变形);
➢长期荷载作用下的变形(徐变).
一.非荷载作用下的变形
混凝土变形在线监测
一.非荷载作用下的变形
毛细现象解释负压的产生。
一.非荷载作用下的变形
2.化学收缩
❖ 定义
在混凝土硬化过程中，由于水泥水化生成物 的体积比反应前物质的总体积小，从而引起混凝 土的收缩，称为化学收缩。
❖ 特点：
✓ 化学收缩是不可恢复的。
✓ 其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加，一 般在混凝土成型后40d左右增长较快，以后逐渐 趋于稳定。
➢ 同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶 体因失水而产生紧缩。
干缩示意图
干燥环境
干缩示意图
混凝土表面
泌水速率 < 蒸发速率 开裂
干湿变形机理示意图
负压
弯
月
面
毛
细
孔
3.干湿变形
（3）、影响干燥收缩的因素
水泥品种：P.P和P.S水泥干燥收缩大；
水泥细度：水泥细度越大，干燥收缩 越大；
✓ 化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用， 但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
✓
一.非荷载作用下的变形
3.干湿变形（物理收缩）
❖ （1）、定义 ➢ 由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土
的干湿变形，表现为干缩湿胀。 ➢ 混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但
干燥收缩（Dry Shrinkage）能使混凝土表面出 现拉应力而导致开裂 ❖ （2）、机理： ➢ 混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛 细孔中形成负压，产生收缩力，导致混凝土产生收 缩裂缝。
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IV
III
II I
形变
1.砼受力变形及变坏的4个阶段
（III）稳定的裂缝增长阶段
荷载超过临界荷载后， 随着荷载增大，裂缝 继续扩大，并开始出 现少将裂纹。但荷载 保持一定不变时，裂 缝也停止。
极限荷载(%)
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IV
III
II I
形变
1.砼受力变形及变坏的4个阶段
❖ （1）、定义： 混凝土随着温度的变化产生热胀冷缩的变形。
❖ （2）、参数：
混凝土的温度线膨胀系数 ：（1～1.5）×10-
5/℃，即温度升高1℃，每m膨胀0.01mm。
L L t
❖ （3）、危害： 温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为
不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。
4、温度变形（温度收缩、冷缩）
5.3 混凝土的变形性能
二、荷载作用下的变形
短期荷载作用下的变形－弹塑性变形 长期荷载作用下的变形—徐变
二、荷载作用下的变形 (一)短期荷载作用下的变形－弹塑性变形
1.砼受力变形及破坏的4个阶段
(I)裂缝无明显变化阶段(收缩裂缝阶段):
当荷载达到“比例极限”
极限荷载(%)
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土。
外部保温保湿
三峡大坝泄洪段－发电段 大体积混凝土
大体积混凝土的内部降温管
5、碳化收缩
❖ （1）、定义 ➢ 水泥石与CO2 作用所引起一种体积收缩现象。 ❖ （2）、机理： ➢ 空气中与水泥石中水化物，特别石与Ca(OH)2的作
用，置换出水分子，引起水泥石体积变化。
➢ 一方面这些失去的水分随相对湿度减小而增大;另一 方面，CO2与水化物作用又必须在一定湿度下进行。 （湿度为100％时不产生碳化收缩，55％时为最大 值，<25％时也不产生收缩）
(约为极限荷载30%) 以前,裂缝无明显变化, 并稍有收缩. 混凝土处 于弹性工作阶段
III
IV
II
I
形变
1.砼受力变形及变坏的4个阶段
(II).裂缝引发阶段
荷载介于比例极限 30％极限荷载）和 临界荷载（70％极 限荷载）之间，裂 缝数量、长度、宽 度逐渐增大，但尚 无明显砂浆裂缝。
极限荷载(%)
水泥用量：用量越大，干燥收缩越大；
水灰(胶）比：w/c or w/B越大，干 缩大，但，水胶比过小，自收缩大；
骨料质量：级配好，杂质含量，针片 状颗粒含量少，干缩小。
养护条件：湿度越高，湿养时间越长， 干缩小。
+ 水中
水中 d 空气中 -
一.非荷载作用下的变形
4、温度变形（温度收缩、冷缩）
5.3 混凝土的变形性能
硬化混凝土体积变形的后果
混凝土在硬化过程中、在干燥或冷却作用下 要产生变形，以及硬化后在荷载作用下要产生 弹性与非弹性变形，当变形受约束时常会引起 开裂。
80%以上的开裂都是由于混凝土变形所引 起，只有很小一部分是由于承载力不足导 致。 ——裂缝治理专家 王铁梦
5.3 混凝土的变形性能
1.塑性收缩（沉缩）
定义:混凝土成型后尚未凝结硬化时属塑性阶 段，在此阶段往往由于表面失水而产生收缩， 称为塑性收缩。
原因：表面失水速率大于内部水向表面迁移 的速率。造成毛细管内产生负压，使浆体中 固体颗粒间产生一定的引力，当引力不均匀 作用于混凝土表面，则在表面的配混筋我凝选国土规择，定叫结大适低构体当热断积选水面混用泥最凝较或小粗加土尺骨掺。料合寸料超过1m 配合比美设国计混凝土学降加会低膨水胀（泥剂AC用I量）（规高定效任减何水现剂）
浇混凝土，其尺加寸缓达凝到剂必须解决水化热
及随之引起的体积变形问题，以最大限
控制入模温度
内外温差小于
施度工减养少护开裂影响必的要，时即内称部降为温大体积2混5－凝30度