混凝土早龄期性能与裂缝控制

从混凝土微观结构出发,研究普通混凝土、高性能混凝土成型过程的时变温度场;对裂缝持续增长的早龄期混凝土物理、力学特性进行深入、系统的研究;综合考虑混凝土材料、结构特征,研究混凝土结构早期裂缝的成因机理、分析方法与控制措施;提出裂缝开展的预测和控制方法,建立裂缝扩展过程的损伤模型;在理论分析与试验研究的基础上,总结了混凝土早龄期的水化、温度、收缩、徐变、力学性能和断裂性能随时间的发展规律;综合分析各种因素对混凝土早期开裂的影响,推导了混凝土结构内部应力的增量计算方法。对室内试验与实际工程的研究表明：对混凝土早期开裂的分析应该是对混凝土温度、收缩、徐变、力学性能、结构特征等因素的综合动态分析,提出的混凝土早龄期开裂分析模型与试验结果吻合良好,采用理论模型结合数值模拟的方法可以有效提高分析过程的效率与准确性。图18参22     

早龄期混凝土的电阻率特性和微观形貌研究

采用非接触式电阻率仪对普通混凝土(CO)、掺矿粉混凝土(CS)和掺粉煤灰混凝土(CF)的早龄期电阻率特性进行试验研究,分析矿物掺合料对混凝土中水泥水化的影响,以及不同时间点混凝土中胶凝材料的水化特性,并借助环境扫描电子显微镜(ESEM)对不同龄期的普通混凝土进行微观形貌分析。结果表明:将矿物掺合料以不同百分比取代水泥后,在其他条件不变的情况下,混凝土的初期电阻率(0-M点,加速阶段)随矿物掺合料掺量的增加而增大。普通混凝土的初始电阻率最小,后期(M点-7 d)电阻率会超过掺矿粉混凝土和掺粉煤灰混凝土。3 d龄期内水化产物快速填充混凝土内部的空隙和水化产物的孔隙,而3 d龄期后水化产物进一步填充混凝土内部孔隙。研究结果可为改善混凝土材料的服役性能提供参考。     

荷载作用下开裂钢筋混凝土梁锈胀开裂模式及锈蚀分布研究

为提高混凝土结构的服役性能,对混凝土保护层的锈胀开裂过程进行研究。对荷载作用下锈蚀18个月的内掺氯盐钢筋混凝土梁的截面锈胀裂缝分析发现：环向裂缝宽度沿径向呈指数函数变化;锈胀裂缝的开裂模式、锈蚀产物与钢筋混凝土受力状态、骨料及裂缝的相对位置均密切相关;保护层破坏以层状破坏为主。通过研究提出,在对锈蚀钢筋混凝土梁进行承载力分析时,建议剪压区不考虑受压混凝土保护层的作用,对剪拉区和弯拉区钢筋与混凝土之间的黏结性能要进行折减。     

硼酸对于混凝土腐蚀影响的试验研究

采用人工模拟酸性环境而加速腐蚀的试验方法,对硼酸环境下混凝土的基本性能进行了试验研究。试验测定了在三种质量分数(2200×10-6,8000×10-6,30000×10-6)硼酸溶液浸泡条件下混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量等力学性能,并采用X射线衍射分析法,对硼酸浸泡条件下的混凝土进行了成分分析。试验表明硼酸对于混凝土的腐蚀能力较弱,对混凝土基本力学性能的影响作用很小。     

混凝土早龄期受力对后期性能的影响

本试验通过测试早龄期混凝土受力后养护28天强度及其他性能，来研究早期受力混凝土对长期性能的影响。试验中。采用高强混凝土(设计强度等级C80)和普通强度混凝土(设计强度等级C40)来分析和比较两者的异同。在龄期分别为8小时，12小时，1天，2天，3天时，在混凝土圆柱体试块上施加一定的静力(分别为混凝土当时强度的30％，50％，70％)，持荷，然后在实验室条件下，将部分试件放入养护室养护，部分放在空气中养护。到龄期28天。测其各项力学性能，如抗压强度，应力——应变全曲线。在此试验基础上，考虑抗拉性能方面，在龄期为12小时，1天和3天，测试普通混凝土梁受静力荷载(混凝土当时抗折强度的70％)，同样养护28天后其力学性能。采用四点弯曲试验方法。在试验中。每组混凝土试件都有参考试件。这样，我们研究了静力大小、养护条件和荷载作用时问对早龄期受力混凝土后期性能的影响，同时考察了混凝土的自愈性能。试验结果证明了混凝土的自愈功能，而且混凝土受力时间及其后期的养护条件比受力大小对早龄期受力混凝土后期性能影响要大。     

早龄期混凝土断裂性能和微观结构的试验研究

为了克服大体积混凝土工程中因早期裂缝引起的结构失效和耐久性降低问题，研究了早龄期混凝土
断裂性能和微观结构. 基于双参数模型，通过测定三种不同配合比混凝土浇注后18 h、1 d、2 d、7 d和
28 d的断裂韧度和临界裂缝尖端张开位移，提出了早龄期混凝土断裂韧度与抗压强度的关系式，并通过压
汞测孔法(MIP)研究了相应龄期混凝土的孔隙率和孔径分布.试验结果表明,同龄期的断裂韧度值随着抗压
强度增长而增长，早龄期混凝土的抗裂性能小于成熟期混凝土.水胶比越小，相同龄期的孔隙率越小.早龄
期混凝土断裂韧度与孔隙率具有相关性，此相关性可用于抑制大体积混凝土的早期开裂.     

基于电阻率法研究混凝土渗透性能演变规律

将非接触式电阻率测定仪设计成新型渗透试验装置,研究混凝土渗透性能随龄期的变化规律.导电溶液贯通混凝土试件后电阻率将发生突变,利用试验装置可以直观地得到混凝土渗透完结时间.对水灰质量比为0.60、0.53、0.45,龄期为12 h、18 h、1 d、2 d、3 d、7 d、14 d、28 d的混凝土分别进行新型渗透试验,分析溶液渗透速率指标的时变规律,结合压汞法孔结构测试结果进行分析讨论.试验结果发现,在3 d之前,混凝土的渗透性急剧下降,对混凝土抗渗性不利的孔隙率显著减小;3 d之后,混凝土的渗透性先小幅回升,而后缓慢下降,最后趋于稳定.0～3 d是混凝土渗透性能较大、氯离子侵蚀的危险期.混凝土的凝胶特性使其在毛细孔连通路径封堵之后仍然保持较稳定的可渗透性.     

基于断裂力学和损伤理论的混凝土开裂模型

依据宏观断裂力学和细观损伤理论,研究混凝土断裂过程区对断裂韧度的影响.在双参数模型的基础上,将细观的损伤本构模型运用于描述宏观断裂过程区的应力分布,并建立改进的混凝土开裂模型.以力学实验为基础,采用ABAQUS分析软件对不同龄期、不同初始裂缝深度的混凝土梁开裂过程进行模拟.数值模拟结果表明,应力强度因子和裂缝尖端位移都随着龄期的增加而增加.但是在同一龄期,初始缝高比对应力强度因子和裂缝尖端位移的影响并不明显.采用改进模型进行的数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明该开裂模型能准确描述混凝土的临界开裂,可以作为评价混凝土开裂与否的理论判据.     

基于压缩传感的EMI信号处理

针对目前结构健康监测系统由于采集数据量过大而造成的信号传输与存储效率低下的问题,提出将压缩传感（CS）用于机电阻抗（EMI）信号的压缩,以实现EMI信号的高效传输和储存.文中用匹配追踪(MP)分析EMI信号的稀疏度,并把高斯随机矩阵作为观测矩阵,同时满足了压缩传感所要求的信号的稀疏性和观测矩阵的不相干性.以一维损伤杆的EMI分析为例,把均方差作为损伤指标,讨论压缩传感的压缩效果和抗噪声能力.结果表明,使用压缩传感之后,传输带宽和储存空间只需为原来的28%;在观测为4倍稀疏度情况下,100次试验都能够对不同损伤进行有效识别;当信噪比大于20 dB时,观测值能稳定地重构出原始信号.证实压缩传感作为一种信号处理方法可以应用于EMI系统信号处理.     

水泥基材料热-湿-碳化耦合模型数值分析及试验研究

基于水泥基材料热湿耦合模型和水泥基材料碳化机理,结合水泥水化模型,得了到碳化初始状态下可碳化物质的含量、孔隙率、饱和度等参数,建立了水泥基材料热-湿-碳化耦合模型.该模型通过控制干空气、液态水及气态水的质量守恒关系,气、液态相二氧化碳和钙离子质量和能量守恒关系,结合水泥基材料的本构方程,建立了碳化数学模型的控制方程组.运用COMSOL多场耦合软件求解分析,对比验证了不同水灰比、不同碳化龄期下净浆碳化试验结果与数值计算结果,证明该模型是合理可靠的.