混凝土内部湿度迁移及环境湿度对水工混凝土力学性能影响

摘要

混凝土内部湿度和环境湿度都是影响混凝土力学性能的重要因素。混凝土内部湿度即与其自身水化反应程度有关，还受到外界环境因素的影响，混凝土由于自身水化反应引起内部相对湿度下降，将在混凝土内产生自干燥，容易引起内部拉应力，产生由内及外的裂缝；而当受到外界环境湿度影响时，混凝土水分通过表面散失，将在混凝土表面产生干缩变形和干缩应力，容易引起混凝土表面裂缝。虽然目前关于高性能混凝土的内部相对湿度报导较多，但关于水工混凝土内部相对湿度试验的报导还很少。此外，现有混凝土试验规范规定，混凝土材料性能试验是在标准养护状态进行，但是实际混凝土工程的环境状态远非标准养护状态，这导致室内标准养护状态下获得的混凝土材料力学性能与实际情况存在较大差异。针对上述问题，本文首先开展不同水胶比下混凝土的内部湿度变化规律实验，然后开展不同养护湿度对混凝土材料力学性能影响实验。具体研究成果如下 (1)水工混凝土内部相对湿度实验研究。开展了真实环境条件下不同绝湿状态的水工混凝土内部相对湿度迁移实验，对比研究了不同水胶比水工混凝土和高性能混凝土自干燥实验，以及探究了干湿循环对高性能混凝土内部相对湿度影响实验。研究表明，水工混凝土内部相对湿度可以分为两个阶段：内部相对湿度维持在100%阶段和缓慢下降阶段；水工混凝土内部相对湿度的下降主要是水分向外界扩散引起，水泥水化反应引起的自干燥很小；水胶比小于0.41的高强水工混凝土的自干燥现象是存在的，它将引起混凝土内部缓慢自收缩变形，从而为解析西南某特高坝工程扣除温度分量的无应力计变形测值长期不稳定机制提供了一个新思路；水胶比小于0.5的高性能混凝土自干燥现象十分明显，且随着水胶比的降低，自干燥程度越大；粉煤灰的掺入一定程度减少低水胶比混凝土的自干燥现象；干湿循环下，混凝土在湿润过程中内部相对湿度上升的速率明显大于干燥过程内部相对湿度下降的速率，且随着干湿循环的次数增加，混凝土内部相对湿度上升的速率逐渐减慢。 (2)养护湿度对水工混凝土抗压强度影响实验研究。开展了标准养护、包裹养护、自然养护、水中养护下不同养护龄期的水工混凝土抗压强度试验，研究表明，环境温湿度对混凝土抗压强度影响较大，标准养护抗压强度最大，包裹养护抗压强度次之，其次是自然养护抗压强度，由于存在软化效应，水中养护抗压强度最小；结合水化度理论，建立了考虑温湿度耦合的组合指数(双指数)式抗压强度模型；与此同时，基于分数阶微积分理论，首次提出并建立了考虑温湿度耦合的分数阶抗压强度模型，分析表明，本文建立的2个抗压强度模型均能较好的反映不同养护温湿度条件下的抗压强度发展规律，而分数阶抗压强度模型的拟合效果优于组合指数抗压强度模型。 (3)养护湿度对水工混凝土拉伸徐变影响实验研究。首先分析了补偿试件的实测应变，接着建立了实测应变统计模型，分离获得不同养护湿度状态下的温度应变、自生体积变形、干缩应变和湿胀应变。然后通过分析不同养护湿度状态下的加载试件和补偿试件实测应变，得到不同养护湿度状态下的混凝土徐变值，基于此提出了湿胀徐变的概念，进一步完善了徐变理论，并由此计算获得了总徐变、基本徐变、干燥徐变和湿胀徐变。最后基于水化度理论，建立了考虑温湿度耦合的8参数徐变度模型和分数阶徐变度模型，结合不同养护湿度下混凝土徐变实测值优化估计了新徐变度模型的参数，分析表明，考虑温度湿度耦合作用的徐变度模型能较好地反映不同养护湿度下的混凝土徐变变化规律；基于叠加原理计算的不同养护湿度下弹性后效与实测弹性后效吻合效果良好。

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引 言

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文技术路线框图

2 混凝土湿度实验方案和实验方法设计

2.1 实验设备及实验软件

2.2 实验方案设计

2.3 实验方法设计

2.4 实验配合比设计

2.5 实验步骤设计

2.6 本章小结

3 混凝土内部相对湿度监测实验研究

3.1 概述

3.2 真实环境条件下水工混凝土内部相对湿度实验研究

3.3 不同配合比的水工混凝土自干燥实验研究

3.4 不同配合比的高性能混凝土自干燥实验研究

3.5 干湿循环对高性能混凝土内部相对湿度影响实验研究

3.6 本章小结

4 养护湿度对水工混凝土抗压强度影响实验研究

4.1 概述

4.2 不同养护湿度下水工混凝土抗压强度结果讨论

4.3 考虑温湿度耦合作用的组合指数抗压强度模型

4.4 考虑温度湿度耦合作用的分数阶抗压强度模型

4.5 考虑温度湿度耦合作用的抗压强度模型参数估算

4.6 水工混凝土软化系数求解

4.7 本章小结

5 养护湿度对水工混凝土拉伸徐变影响实验研究

5.1 概述

5.2 不同养护湿度下混凝土补偿试件变形讨论

5.3 不同养护湿度下水工混凝土拉伸弹性模量计算

5.4 不同养护湿度下拉伸徐变结果讨论

5.5 不同养护湿度下徐变模型参数估算

5.6 考虑温湿度耦合作用的8参数徐变模型研究

5.7 考虑温湿度耦合作用的分数阶徐变模型研究

5.8 不同养护湿度混凝土拉伸卸荷徐变恢复研究

5.9 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 本文特色及创新点

6.3 展望

参 考 文 献

致 谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分科研成果