密封养护混凝土内部湿度与收缩的一体化试验与模拟

对3种强度等级的混凝土进行了密封养护下内部相对湿度和自由变形的试验测定,获得了从混凝土浇注开始到77d龄期混凝土内部湿度和自由变形的发展数据,同时对混凝土因水泥水化引发的自干燥和自收缩问题进行了模拟.结果表明：混凝土内部相对湿度和收缩具有较好的同步性;混凝土内部湿度变化可以看作是其自收缩变化的驱动力;水灰比越小,自干燥引起的混凝土内部相对湿度下降幅度越大,密封条件下混凝土的收缩也越大;以水泥水化度和混凝土内部湿度为内因的自干燥与自收缩模型较好地模拟了密封条件下混凝土内部湿度变化与相应的自收缩发展.试验结果与模型预测值吻合良好,模型可用于不同养护环境下混凝土自干燥与自收缩的分析预测.     

高性能混凝土干燥收缩与相对湿度间关系研究

通过多组位移传感器和湿度传感器研究了单面干燥条件下掺与不掺粉煤灰混凝土试件距离表面不同深度处的收缩变形和相对湿度变化,并分析其相互关系。结果表明：单面干燥条件下,表层混凝土的相对湿度降低速率和收缩值明显大于内层混凝土。混凝土中收缩变形与相对湿度之间存在较好的线性关系,但在达到相同湿度时,表层混凝土收缩值小于内层混凝土。掺粉煤灰使混凝土的单位相对湿度降低引起的收缩值减小。     

自然环境条件下混凝土收缩预测模型

为提出自然环境条件下合理的混凝土收缩预测模型,分析了在温度作用下既有混凝土收缩预测模型的差异性,收集了国内外自然环境条件下24组混凝土试件收缩测试结果,探讨了日照、降雨、环境平均相对湿度、混凝土强度和类型对混凝土收缩应变的影响,基于试验数据,对CEB10模型进行了修正,得到了混凝土收缩预测模型。结果表明,考虑温度效应的既有混凝土收缩预测模型对温度的敏感性有较大差异,不能较为准确预测自然环境条件下混凝土收缩应变;自然环境与实验室标准环境下的混凝土收缩应变之比可分为稳定部分和变化部分,日照、降雨、环境平均相对湿度、混凝土强度和类型影响其稳定部分,温度变化历程影响其变化部分;基于大量实测结果获得的混凝土收缩预测模型公式可较为准确地计算自然环境条件下混凝土收缩应变。     

基于Matlab的高强混凝土早龄期湿度变形计算方法

以高强混凝土构件为例,建立了混凝土长方体构件在湿度场作用下早龄期收缩变形解析计算方法,采用松弛徐变系数法对混凝土徐变的影响作了修正。应用该模型,对不同环境湿度下的混凝土构件应变进行了计算分析。结果表明:混凝土应变变化与相对湿度变化规律一致;28d内混凝土内部相对湿度变化主要来自水化反应耗水;环境相对湿度为80%时,混凝土构件内部湿度先下降后上升。     

高强混凝土收缩尺寸效应及预测模式修正方法

为了将实验室标准条件下测量的数据更好地用于实际桥梁建设和维护中,本文研究了环境相对湿度和试件尺寸对混凝土收缩的影响。研究结果表明,试件的尺寸不仅影响干燥收缩的进程,对干燥收缩终值也有很大的影响,尺寸越小,混凝土干燥收缩越大,混凝土的尺寸效应随着湿度降低而增加。结合CEB-FIP1978,根据试验结果修正了CEB-FIP1990收缩模式,修正后的模型计算结果与试验值的比较表明,按照本文的处理方法可以提高模型预测精度,为将实验室预测结果较好地推广到实际结构收缩的预测中提供了一种修正方法。     

高性能混凝土板式构件的早期收缩特性及预测模型

以桥面板等高性能混凝土板式构件为研究对象,通过实验测试了板式构件不同截面厚度位置处早期收缩分布情况,探讨混凝土早期收缩变形与温度、湿度发展过程。结果表明,混凝土板式构件的内部厚度方向不同位置处的相对湿度随龄期都呈现逐渐减小趋势,并呈现两阶段特征,同时,混凝土板式构件早期收缩变形厚度方向不同步,导致板式构件表面产生拉应力,当拉应力大于当时混凝土的抗拉强度时,混凝土表面就会出现浅层裂缝,这与实际工程中发现的板式构件表面开裂情况相吻合。混凝土板式构件早期收缩变形与相同配合比混凝土的早期自由收缩变形进行比较,引入相对约束度并建立了混凝土板式构件早期收缩变形的预测模型,并验证了该模型的准确性,其特点是能预测高性能混凝土板式构件不同截面厚度位置的早期收缩变形,对控制混凝土桥梁板式结构的早期收缩裂缝具有实际意义。     

湿度对连续箱梁收缩和徐变的影响研究

依托新疆某高速立交连续梁大桥施工工程,利用MIDAS/Civil软件建立主梁有限元模型,研究了不同环境年平均相对湿度对因混凝土收缩、徐变引起的主梁变形与箱梁顶、底板应力的影响.结果表明,主梁混凝土的收缩和徐变均与环境年平均相对湿度有关,混凝土收缩引起的应力要比徐变引起的应力值大,徐变引起的主梁变形比收缩引起的变形明显,环境年平均相对湿度越低,主梁变形值越大.     

早期混凝土自收缩实验研究

混凝土收缩应变通常与干燥或水泥水化引起的水分损失量成比例。从混凝土浇筑开始,实验测量了正常和高强度混凝土早期样品的内部相对湿度和自收缩的发展。实验结果表明,混凝土内部相对湿度的发展首先遵循湿度饱和阶段(RH=100%,阶段I),然后是逐渐减少阶段(RH <100%,阶段II)。阶段I和阶段II中产生的收缩应变可分别与化学收缩和内部湿度降低相关。     

混凝土多孔砖干燥收缩性能研究

对混凝土多孔砖试块进行了连续60d干燥收缩变形的试验，通过对其在标准养护和自然养护环境中收缩性能的研究，分析了环境温度、相对湿度及龄期对混凝土多孔砖收缩变形的影响，并提出了考虑这些因素的混凝土多孔砖收缩变形估算公式。研究结果可为我国混凝土多孔砖在工程中的应用提供参考依据。     

混凝土多孔砖砌体自由干燥收缩性能研究

混凝土多孔砖砌体在使用阶段的干燥收缩值对控制墙体的干燥收缩裂缝十分重要。对混凝土多孔砖砌体进行了连续217 d干燥收缩变形的试验研究,通过对其在标准养护和自然养护环境中收缩性能的研究,分析了环境温度、相对湿度及龄期对混凝土多孔砖砌体收缩变形的影响,并提出了考虑这些因素的混凝土多孔砖砌体收缩变形的估算公式。研究结果可为我国混凝土多孔砖砌体在工程中的应用提供参考依据。     

温湿度耦合效应下早龄期混凝土的相对湿度场

早龄期混凝土温度和相对湿度的时间空间变化规律是揭示混凝土早期开裂的关键。为此,建立了早龄期混凝土温度湿度耦合作用分析模型,采用无条件稳定向后差分格式,考虑水化作用、自干燥作用、温湿度扩散作用以及温湿度耦合机制,分析早期混凝土相对湿度的时间空间变化规律,定量揭示相对湿度的空间不均匀性,分析了水灰比、环境相对湿度以及表面水分交换系数等对相对湿度及其空间变化规律的影响。与实验结果的对比验证了模型的合理性,结果表明:温湿度扩散作用对相对湿度的影响随距扩散表面距离的增加而减小,水灰比对相对湿度的影响与位置无关,而环境相对湿度和表面水分交换系数主要影响混凝土扩散表面附近的相对湿度场。     

表面密封下的混凝土长期收缩行为试验及分析

混凝土表面干燥收缩不但引起桥梁结构长期变形,加之外荷载作用导致运营中的桥梁结构裂缝不断发展,严重影响结构的耐久性。探索了通过在混凝土外表面设置封闭膜,抑制混凝土内湿度扩散,实现干缩变形及干缩自应力控制方法。开展了试验环境、自然环境及封闭环境下的混凝土材料特性、内湿度以及收缩变形模型试验。试验结果表明,混凝土表面封闭后,对同龄期混凝土强度提高了10%~15%、弹性模量提高3%~8%。同时对混凝土内部湿度分布及干缩变形控制作用显著。其中干缩变形降低了85.1%~55.7%。以试验数据为基础,通过参数反演,标定了混凝土湿力耦合模型参数,实现了试验结果的数值仿真。分析结果表明,由于混凝土封闭层有效控制了混凝土内外湿度差,显著降低了混凝土干缩自应力。为控制混凝土结构干缩变形、降低混凝土表面开裂风险提供了新的思路。     

埋入式数字传感器测量混凝土相对湿度新方法

相对湿度是决定混凝土诸多性能劣化进程和耐久性的重要参数,快速、准确的测量混凝土内部的相对湿度一直是试验上的一个难点.在分析总结传统插入探头测湿法不足的基础上,基于新型温湿度一体数字传感器,开发埋入式混凝土测湿新方法,该法具有体积小、自动、准确、快速、高效等特点.应用新方法测试C30普通混凝土和C60高性能混凝土在干燥收缩条件下早期相对湿度随龄期的变化,揭示其3阶段发展规律.     

Effect of fibres on early age cracking of concrete tunnel lining. Part II: Numerical simulations

The early-age cracking of concrete structures increases permeability and diffusivity and moreover accelerates the penetration of liquid, gas and aggressive agents. Consequently, the serviceability of these structures could be reduced drastically. Early-age cracking might be due to external loading, but also to the internal or external restraint resulting from autogenous, drying and thermal shrinkage. This study focuses more specifically on these latter phenomena.In the first part of this study (see effect of fibres on early-age cracking of concrete tunnel lining - Part I: Laboratory testing), ring tests were performed to investigate the sensitivity of concrete to cracking due to both shrinkage strain and type of fibre (two organic fibres and one steel fibre were studied).Ring test results were then used to validate the capacity of a chemo-thermo-viscoelastic damage model aimed at reproducing the complex behaviour of fibre-reinforced concrete subjected to restrained shrinkage through identifying the material parameters with standardised tests. The numerical simulations conducted on a real tunnel lining show that for the studied geometries and concrete mixtures, thermal shrinkage constitutes the major phenomenon capable of causing early-age transverse cracks and moreover crack opening is highly dependent on the type of reinforcement. Modifications to both fibre type and lining thickness may serve to avoid the onset of transverse cracks.     

混凝土收缩与环境湿度的关系研究

为探索环境湿度对混凝土收缩性能的影响,选取了典型的C30和C70混凝土,通过采用饱和盐溶液方法形成不同的相对湿度环境,研究了混凝土干缩值与环境相对湿度之间的关系.结果表明,混凝土的干缩受环境相对湿度影响显著,环境相对湿度越低,其干缩值越大,但混凝土干缩值与环境相对湿度之间的关系不能用简单的线性关系来描述.另外,普通(C30)与高强(C70)混凝土的干缩值与环境相对湿度之间的关系不同.     

混凝土小型空心砌块墙体干缩性能的试验研究

混凝土小型空心砌块的湿胀干缩性能是引起砌块建筑裂缝的主要原因之一 ,它的危害已引起了人们的关注。设计了一个保湿空间 ,确保环境相对湿度的大致恒定 ,通过对尺寸相同、构造措施不同墙体的试验 ,分析了环境相对湿度 (RH)、时间、面层材料等影响因素对砌块墙体变形的影响 ,对比面层材料的抗变形效果 ,并测得 6 5 %、4 5 %两种湿度条件下墙体的干缩率 ,以供设计时参考使用。     

混凝土结构空间多尺度相对湿度值

针对环境作用具有空间分布特性,借鉴空间多尺度环境作用模型框架(包括全局环境、地区环境、工程环境、构件表面环境、内部环境)及其数学模型,对相对湿度进行了空间多尺度研究：在分析空间各尺度上相对湿度的不同影响因素的基础上,由全局环境尺度开始,通过地区环境尺度、工程环境尺度以及构件表面环境尺度上环境因素的逐步调整,最终计算得到混凝土内部的相对湿度值。研究结果表明,采用“常规统计模型+空间残差”的方法,可有效建立地区环境尺度上的相对湿度值与工程环境尺度上相对湿度值的定量关系;混凝土结构构件的表面相对湿度与表面温度有关;实际工程结构应考虑构件表面相对湿度与内部相对湿度之间的不同。     

Improving test methods to measure early age autogenous shrinkage in concrete based on air cooling

In this study, we investigate and improve the testing methods for more accurate measurement of the early-age autogenous shrinkage (AS) in concrete. During the first 24 h after casting, the temperature of concrete rises due to hydration heat and causes the simultaneous development of thermal deformation (TD) and AS. Because there is no general agreement on evolution of coefficient of thermal expansion (CTE) in the literature, the most commonly adopted approach of subtracting the TD based on an assumed constant value of CTE results in incorrect values of early-age AS. To avoid such errors, we propose improvements in measuring rig and control of hydration-induced temperature, which serves as an aid in achieving isothermal conditions in concrete specimens right after casting. The validity of the proposed improvements is investigated by performing a series of tests under semi-adiabatic (including TD) and artificially controlled isothermal conditions (excluding TD). Results indicate that the AS calculated from semi-adiabatic tests is significantly underestimated at early ages, which is probably due to considering inaccurate values of CTE at early ages. Therefore, we recommend the incorporation of proposed improvements into existing test methods or that an appropriate method of determining the evolution of CTE be considered.     

Shrinkage stress analysis of concrete slabs in a multi‐storey building considering internal and external restraints

Shrinkage strains of concrete slabs in a multi‐storey building are restrained internally by reinforcement bars as well as externally by supporting members such as columns or walls. These strains may induce tensile stresses in concrete members and lead to cracks due to excessive shrinkage stress. In this study, a practical shrinkage stress analysis method for application to concrete slabs in a multi‐storey building is proposed. The proposed approach considers both internal restraint of reinforcement bars and external restraint variations resulting from construction sequence. The shrinkage stress due to external restraint is obtained by multiplying the relaxation coefficient by the elastic shrinkage stress. The additional shrinkage stress due to internal restraint is obtained by the residual strain calculated via a linear elastic analysis for external restraints. A verification example was comparatively analysed using the proposed method and a commercially available analysis program that is capable of time‐dependent analysis of concrete. The results of a 10‐storey sample building suggest that the internal restraint due to reinforcement considerably increases the shrinkage stress at slabs under loose external restraint. Copyright © 2008 John Wiley & Son, Ltd.     

陶粒内养护高性能混凝土抗裂性能研究

通过平板开裂试验,研究陶粒内养护对不同强度混凝土早期抗裂性能的影响规律,并结合混凝土塑性收缩试验、绝热温升试验和内部相对湿度变化,探明陶粒内养护提高混凝土早期抗裂性能的微观机理.结果表明:在混凝土中使用饱水陶粒替代部分粗骨料,能够减少混凝土材料的早期塑性收缩,降低大体积混凝土内部的水化温升,有效提高混凝土早期的抗裂性能,达到显著的内养护效果;饱水陶粒通过减缓早龄期试件内部相对湿度的快速下降,改善了胶凝材料水化环境,有效抑制了胶凝材料水化过程引发的自干燥作用,降低了混凝土材料早期收缩,从而提高了混凝土材料的抗裂性能;C30与C60两个强度混凝土中饱水陶粒替代粗骨料的最佳比例均为20%(体积分数).