高性能混凝土早龄期力学性能试验研究

高性能混凝土是混凝土技术的重要发展方向和趋势之一,但在一定程度上存在早龄期开裂严重的问题,限制了其应用和推广。通过进行C60高性能混凝土早龄期力学性能试验研究,测试与早期变形裂缝相关的参数包括立方体和圆柱体抗压强度、小梁弯曲拉伸强度、圆柱体受压静弹性模量、以及干燥收缩随龄期的发展变化。试验结果将为高性能混凝土结构早龄期抗裂分析和裂缝控制提供依据和参考。     

寒区隧道洞口仰拱混凝土早期开裂机理研究

结合数值模拟与对寒区隧道洞口段仰拱填充混凝土早期变形与开裂特征进行了研究。通过ABAQUS平台编写混凝土早期水化热、早期力学性能、温度与湿度动态变化过程子程序,并结合XFEM模拟了混凝土多场耦合作用下裂缝萌生与扩展过程。与某寒区隧道工程仰拱填充混凝土开裂情况进行了对比验证,结果表明:温湿变化耦合作用数值模型可以较好地反映混凝土早龄期温度变化趋势和表面裂缝扩展特征;负温环境和温度应力是其表面开裂的主要原因,既有混凝土和厚度较大处更严重;降低混凝土出罐温度、提高混凝土养护温度可有效避免寒区隧道施工仰拱填充混凝土早龄期表面开裂。     

早龄期混凝土徐变性能和损伤发展研究

混凝土的徐变性能和损伤发展对于混凝土结构的耐久性有重要影响。混凝土徐变往往是混凝土裂缝萌生的起源,是结构预应力损失及应力重分布的原因。徐变对混凝土性能的影响在混凝土的早龄期阶段更为明显。为此,进行了早龄期混凝土梁的三点弯曲断裂和徐变试验,来揭示早龄期混凝土梁的徐变发展规律以及徐变对混凝土损伤发展的影响。之后,从细观层面对混凝土梁的徐变及损伤发展进行了数值模拟,并得到了混凝土梁裂缝扩展的过程。试验和数值模拟结果表明早龄期混凝土更容易发生徐变变形;低应力水平下的徐变没有对早龄期混凝土的损伤发展产生明显影响;混凝土徐变产生的微裂缝出现在水泥砂浆与骨料颗粒的交界面处。     

早龄期约束水泥砂浆环开裂预测模型分析

采用约束圆环试验研究了早龄期水泥砂浆的应力变化规律与开裂趋势。应用早龄期砂浆水化热模型、收缩与徐变等预测分析模型,建立了考虑温度、干缩与自收缩、徐变及硬化等多种效应综合作用下的约束水泥砂浆环早龄期时变应力分析模型,讨论了约束钢环与砂浆环的相对约束刚度对钢环约束效应的影响,提出了圆环开裂预测因子以分析约束水泥砂浆环的开裂趋势,与实际观察结果和数值分析结果的对比表明,上述理论分析与预测模型是合理并适用的。     

早龄混凝土的压缩与拉伸徐变及其研究现状

早龄混凝土的拉伸、压缩徐变规律及其结构徐变应力计算方法是对早期裂缝进行有效预测并控制的关键。既有的徐变研究主要侧重于成熟混凝土,而早龄混凝土徐变相关的科学研究还有待进一步深入。对早龄混凝土的压缩和拉伸徐变研究成果、测试方法及其徐变应力计算方法进行了详细综述。研究表明:目前混凝土早龄期拉伸、压缩徐变试验测试尚无规范可循,相关试验数据较为缺乏;混凝土早龄期徐变预测模型基本未考虑其在低应力水平下的非线性性质;早龄混凝土结构非线性徐变应力理论分析方法亦不尽完善。基于系统试验研究和固化徐变理论建立混凝土非线性徐变理论模型,对早龄混凝土结构采用同时考虑受拉和受压不同应力松弛特性的非线性徐变应力理论计算方法,应可提高早龄结构的有限元仿真精度。     

混凝土早龄期裂缝与约束度研究

水化反应作用下,早龄期混凝土产生温度和自生体积等变形,受到外部以及自身温差、线胀系数等差异引起的内外约束后,混凝土应力很容易超出其抗拉强度并导致结构开裂。基于混凝土温度场和应力场仿真计算理论,对早龄期混凝土温度应力、徐变和约束关系进行分析,研究结果表明早龄期混凝土裂缝主要与温度、自生体积变形和约束度有关。     

混凝土早龄期性能与裂缝控制研究

混凝土在建筑施工时有很大的用处,并一定程度上影响着建筑物的质量。本文通过探讨混凝土的早龄期性能,围绕混凝土的早期开裂机理、损伤塑型与弥散裂缝模型、早龄期温度裂缝控制与数值模拟、混凝土的结构开裂、混凝土早期裂缝控制的具体应用六个方面展开讨论,希望对混凝土的早龄期裂缝控制有一定的掌握。     

基于水化度和约束状态下拉伸徐变特征的早龄期混凝土内应力预测

为研究约束状态下早龄期混凝土的拉伸徐变性质,建立了基于水化度并考虑约束状态的早龄期混凝土拉伸徐变模型,推导出三维空间应力增量和应变增量关系式。对密闭状态下4组混凝土在不同养护温度下的自由收缩和约束应力发展进行了实测,应用实测结果推算模型参数,并验证了算法的正确性。最后用于某地下通道墙体约束应力发展的计算,并与由B3徐变模型得到的应力结果作了比较。研究结果表明:建立的基于水化程度并考虑约束状态的拉伸徐变模型较传统的B3徐变模型能够更好地体现混凝土早龄期的应力松弛效应,可用于约束状态下混凝土结构早龄期内应力发展预测,有助于对早期开裂风险进行正确评估。     

高性能混凝土早龄期拉伸特性试验研究

通过自行设计的试验装置对三种不同配合比的高性能混凝土在3d龄期以内的极限拉应变、拉伸徐变、抗拉强度和拉伸弹性模量等与混凝土早期开裂密切相关的材料特性进行试验研究。试验结果表明:所采用的试验方法可有效地用于评价早龄期高性能混凝土的轴向拉伸特性;硬化过程中高性能混凝土的极限拉应变极高,并随龄期迅速递减至最小值,之后缓慢回升并渐趋稳定;加载龄期越早,高性能混凝土的拉伸徐变发展越快,量值越大;1d龄期内高性能混凝土的抗拉强度、拉伸弹性模量发展极为迅速。     

热传导模型在早龄期混凝土结构非结构性裂缝分析中的应用

为更准确地分析混凝土结构早龄期非结构性裂缝的产生机理,提出了混凝土三维有限元热传导数值计算模型。该模型考虑了混凝土水化反应引起的温度变化,采用水化度的混凝土弹性模量和抗拉强度计算公式来表衙早龄期温度变化对其力学性能的影响,并在应力分析中采用Bazant双幂函数徐变模型考虑徐变对混凝土应力的影响。分析表明,该模型能较好地预测实际条件下混凝土温度和相应产生的应力,具有一定的工程应用价值。     

矿物掺和料对混凝土早期开裂的影响

针对高性能混凝土普遍存在的早期开裂问题,采用板式混凝土开裂架研究了掺硅灰、粉煤灰、矿渣粉对混凝土早期开裂的影响规律,同时测量了混凝土早期自收缩及在干燥条件下的总收缩。试验结果表明:掺硅灰对混凝土在干燥条件下的早期总收缩影响不大,但使混凝土早期开裂加重;掺粉煤灰使混凝土早期自收缩明显减小,而总收缩并不降低;掺矿渣粉使混凝土早期自收缩和总收缩都增大,而掺粉煤灰和矿渣粉均使混凝土早期抗裂性改善,且掺粉煤灰抗裂性优于矿渣粉。掺硅灰混凝土早期抗裂性差的主要原因是混凝土早期弹性模量增大,徐变和应力松弛能力降低;而掺矿渣粉或粉煤灰混凝土早期抗裂性改善的主要原因在于混凝土早期弹性模量减小、徐变和松弛能力提高。     

聚丙烯纤维混凝土的性能研究

通过聚丙烯纤维混凝土的力学性能实验、收缩实验及早期收缩开裂实验,研究了不同含量、不同长度的聚丙烯单丝纤维对修补混凝土力学性能和早期收缩开裂的影响。并对混凝土塑性开裂和纤维的阻裂机理进行了分析。试验结果表明,一定量的短切聚丙烯单丝纤维掺入修补混凝土后,可以提高混凝土的力学性能,可以显著提高混凝土的抗收缩能力,并有效抑制混凝土早期塑性收缩裂缝的生成和发展,是提高修补混凝土耐久性的有效途径之一。     

高性能混凝土早期收缩开裂问题研究

根据理论和试验分析,对高性能混凝土早期收缩机理、早期开裂与早期收缩间关系,混凝土非均匀收缩等问题进行研究。结果表明：高性能混凝土早期收缩主要取决于表面水份蒸发和内部自干燥作用引起的相对湿度降低程度,同时与混凝土的弹性模量和龄期有关。混凝土收缩量越大、弹性模量越高、受拉徐变量越小,受约束程度越高,就越容易产生开裂。单面干燥条件下混凝土结构中存在明显的内外层非均匀收缩现象,从而使混凝土表层受拉,内部受压;水灰比越小,这种非均匀收缩现象越显著。     

多种作用下超长地下混凝土结构开裂概率分析

为了充分利用地下空间,超长地下混凝土结构在许多城市中得到应用。该类结构建造和运营过程中受到多种因素作用,其中温度和收缩徐变效应明显,存在较大开裂风险,其适用性和耐久性受到很大影响。超长地下混凝土结构温度及收缩徐变效应具有明显随机性,目前常用的确定性分析方法无法合理评估结构开裂可能性。本文考虑超长地下结构建造过程、材料特性及环境等多种因素,结合有限元仿真分析、响应面拟合技术和蒙特卡罗法,获得超长地下结构最大主拉应力的统计矩,并从概率的角度对超长地下结构的开裂问题开展评估,所获得的结果可以用于指导相关设计工作。     

大跨预应力混凝土箱梁桥收缩徐变效应测试与分析

预应力混凝土箱梁桥以其良好的结构整体受力性能在现代大跨桥梁结构中得到广泛应用,但迄今所修建的混凝土箱梁桥中,运营阶段箱梁开裂及下挠过大的现象较为普遍,实际混凝土箱梁桥中混凝土收缩徐变作用及其效应认识的不足是其可能产生的原因之一。现行有关混凝土收缩徐变的计算公式多以试验室模型试验结果为依据确定,由于实际混凝土箱梁结构的尺寸较大同时又处于复杂的自然环境中,因此对实际结构进行长期测试以获得能够验证现行规范混凝土收缩徐蛮计算公式的实测数据显得尤为重要。结合某高速公路上两座大跨预应力混凝土箱梁桥的修建及运营,对处于自然环境中的箱梁桥在混凝土收缩徐变作用下的真实反应进行测试,并详细地分析各测试数据,在此基础上提出同时考虑混凝土温度、环境相对湿度、箱梁局部理论厚度等因素及其变化的混凝土收缩应变和徐变系数计算方法．并烙其应用于实际桥梁的收缩徐变效应分析中,得出一些具有实用价值的结论,为实际箱梁桥的收缩徐变计算提供参考。     

Thermal–mechanical analysis of a newly cast concrete wall of a subway structure

This paper presents a thermal–mechanical analysis of a newly cast concrete wall in the construction of a subway station structure, in an attempt to provide a theoretical basis for establishing early age concrete cracking prediction and prevention measures. Thermal and mechanical simulation procedures are formulated by considering time-dependent concrete properties, and numerical analyses conducted for varied constraint conditions. The key model parameters are determined through laboratory tests and inverse solution of in situ measurements. Suggestions are provided for prediction and control of early age concrete cracking in subway constructions.     

高温入模条件下侧墙结构混凝土早期收缩裂缝控制技术研究

温度收缩和自收缩是导致侧墙结构混凝土在约束条件下早期收缩开裂的主要原因,考虑夏季施工混凝土高温入模时会极大提高侧墙开裂风险的现状,评估了入温度为35℃时功能材料对混凝土温度与变形的影响。结果表明,通过掺加具有温升抑制及微膨胀效果的功能材料可显著降低混凝土早期绝热温升发展速率来降低实体结构温峰,同时能够在温升和温降阶段发挥全过程补偿收缩作用,从驱动力层面上降低了侧墙结构混凝土早期收缩开裂风险。     

收缩徐变对开裂后预应力混凝土箱梁桥结构的影响

收缩徐变可能会对结构产生诸多不利影响,如增大挠度、导致预应力损失、在超静定结构中产生次反力等。预应力混凝土箱梁桥收缩徐变影响研究是目前工程界的热点之一。但普遍的分析中并未考虑裂缝出现后结构部分部位刚度降低所引起的非线性特征,而实际工程中裂缝可能在使用阶段初期甚至施工阶段就已经出现。收缩徐变对结构的影响可能因裂缝的出现有较大程度的差异,故从挠度、应力、支反力等方面就收缩徐变对开裂后结构性能的影响展开研究。     

自密实混凝土梁长期变形性能研究

对13根自密实混凝土梁在长期荷载作用下的变形性能进行了试验研究,探讨了早龄期加载时混凝土的固化程度、预加应力以及结构超静定次数对梁的长期变形性能的影响。试验研究和理论分析表明:(1)同组梁实测结果的离散性很小,自密实混凝土品质优良。(2)早龄期加载时混凝土的固化程度、预加应力以及结构超静定次数对梁的长期变形性能有较大的影响。(3)自密实混凝土梁的挠度徐变系数在1.0～1.8之间,在工程中采用自密实混凝土时一般不需要对自密实混凝土的徐变加以特殊考虑。(4)采用修正的MC90徐变和收缩模型及龄期调整有效模量法结合截面分析能较准确地计算自密实混凝土梁的徐变挠度。同时为自密实混凝土工程设计和结构分析提供可靠的试验依据。     

高性能混凝土自由收缩与限制收缩(Ⅰ)

对近十年来国内外针对高性能混凝土收缩与限制收缩的研究工作进行了总结。混凝土的早期开裂与混凝土的收缩是密不可分的,从材料和工艺方面存在着诸多的影响因素。当收缩部分或全部受到约束时,混凝土内部的自生拉应力随之产生。混凝土在硬化早期表现为明显的粘弹性能,所以,在这一拉应力作用下,混凝土将随之产生蠕变。混凝土在早期是否开裂取决于收缩和蠕变的综合作用。