不同养生方式对水泥混凝土板早期温度场和强度发展的影响分析

摘要

水泥混凝土浇注后将发生复杂的物理、化学变化，与其所经历的温度、湿度历史密切相关，进而影响水泥混凝土材料力学性能的发展，这些变化主要集中在早期阶段。水泥混凝土路面板在早期强度形成过程中，由于温度场、湿度场的变化将会产生体积收缩变形，当变形受到约束时，水泥混凝土内部将产生内应力，这部分应力与材料、结构边界约束、环境和养生方式等因素密切相关，在不利组合条件下将可能超过水泥混凝土抗拉强度而导致裂缝出现，从而影响水泥混凝土路面耐久性。因此，减少甚至避免此类裂缝的产生，需要对水泥混凝土路面早期行为进行深入的研究。
　　养生是影响水泥混凝土路面早期行为的主要因素，已经引起了研究人员的重视，并且技术规范中提出了多种养生技术措施。然而，缺少不同养生方式的养生效果方面的研究。养生期间要求根据天气状况定期对路面洒水，这保证了水泥混凝土内部相对湿度的基本稳定。因此，不同养生方式将主要引起路面温度场的差异，混凝土材料早期各项性能的发展也将因此而不同，进而导致路面早期行为的差异。
　　基于此，分别对不同养生方式下水泥混凝土路面板早期温度场和强度增长规律展开研究，主要完成的工作包括：
　　（1）现场铺筑足尺试验路，分别采用不同养生方式，试验期间对水泥混凝土路面温度场和现场气象状况进行连续监测。在预定龄期，对同步养生的水泥混凝土立方体试块进行抗压强度试验，为水泥混凝土路面板早期行为分析提供了基础数据。
　　（2）不同养生方式下水泥混凝土路面板早期温度场变化比较复杂，有共同的特点，也有明显的差异。分别从时间和空间的角度分析了不同养生方式下水泥混凝土路面板温度场变化的共同之处，表现在：波动性、滞后性、水化热效应的显著性、空间不均匀性等。选择了两个时间点，分别从均匀温度变化、板顶底温度差、沿深度分布的非线性简化误差三个角度对不同养生方式下水泥混凝土路面板温度场变化的差异做了深入的分析，表现在：养生前、后期水泥板全厚度平均温度、顶底温度差、沿深度的非线性和表层温度变化的复杂性。分析表明不同养生方式在太阳辐射吸收率、热交换系数等热工参数的取值上差异是比较明显的。
　　（3）采用基于等效龄期概念的水化生热计算模型，在 ABAQUS平台上建立和编写了考虑水化热的混凝土早期温度场数值计算模型及其子程序，能够模拟水泥混凝土路面从浇筑开始的温度场变化情况。基于差分原理推导了热工参数反算公式，计算得到混凝土和不同养生方式的热工参数。将反算参数计算的温度场与实测温度场对比，验证了反算结果的可靠性。进而，模拟了不同养生方式下水泥混凝土路面浇筑后60小时的温度场变化情况，评价了不同养生方式对水泥混凝土路面早期温度场的影响。
　　（4）不同养生方式下水泥混凝土抗压强度增长规律各有其特点，7天龄期之后逐渐分为趋于稳定型和持续增长型。通过实测数据评价了不同成熟度算法和强度成熟度关系模型对早期强度的预估效果，提出了不同养生方式宜选择不同成熟度算法和强度成熟度关系模型。同时给出了工程中非标准养生条件下的水泥混凝土路面早期强度预测模型和简化算法。
　　不同养生方式对水泥混凝土路面早期温度场和强度发展的影响效应为养生方式的选择提供了依据，也为早期质量控制提供了一种方法。早期温度场计算子程序的编写和基于成熟度的强度预测模型也为路面板早期应力场和翘曲变形的实时模拟奠定了基础。

目录

不同养生方式对水泥混凝土板早期温度场和强度发展的影响分析

STUDY ON TEMPERATURE FIELD AND STRENGTH DEVELOPMENT OF EARLY-AGE CONCRETE SLAB UNDER DIFFERENT CURING METHODS

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 水泥混凝土路面养生方式的研究

1.2.2 水泥混凝土路面早期温度场的研究

1.2.3 水泥混凝土路面早期强度发展规律的研究

1.3 本课题主要研究的内容

第2章 水泥混凝土试验路设计与铺筑

2.1 路面结构与材料设计

2.1.1 路面结构的确定

2.1.2 水泥混凝土路面用材料与配合比

2.1.3 水泥稳定砂砾基层用材料与配合比

2.2 试验路铺筑

2.3 现场试验方案

2.3.1 养生方式选择

2.3.2 数据采集与记录

2.4 本章小结

第3章 不同养生方式下水泥混凝土路面早期温度场变化规律

3.1 孙吴地区气象数据分析

3.2 水泥混凝土路面温度场变化共同规律分析

3.2.1 不同深度温度日变化

3.2.2 温度场空间不均匀性

3.3 不同养生方式下水泥混凝土路面温度场差异分析

3.3.1 水泥板平均温度时变曲线

3.3.2 水泥板温度梯度时变曲线

3.3.3 温度沿深度变化规律

3.4 本章小结

第4章 基于ABAQUS的水泥混凝土路面早期温度场数值模拟

4.1 热传导微分方程

4.2 基于ABAQUS的水泥砼路面早期温度场有限元计算模型

4.3 不同养生方式下水泥混凝土板热工参数反算

4.3.1 热工参数的反算方法

4.3.2 热工参数反算结果分析

4.4 不考虑水化热影响的温度场有限元计算模型

4.5 考虑水化热影响的温度场有限元计算模型

4.5.1 水化热计算模型

4.5.2 混凝土绝热升温曲线

4.5.3 不同养生方式下水泥混凝土路面早期温度场模拟

4.6 本章小结

第5章 基于成熟度理论的水泥混凝土强度发展规律分析

5.1 标准养生条件下水泥混凝土抗压强度时变规律

5.2 不同养生方式下水泥混凝土抗压强度时变曲线

5.3 不同养生方式下水泥砼早期抗压强度预测模型分析

5.3.1 成熟度算法选择与评价

5.3.2 强度与成熟度关系模型选择与评价

5.3.3 不同养生方式下水泥混凝土早期强度最佳预测模型

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致谢

《学位论文出版授权书》