基于声发射技术的早龄期混凝土断裂性能

为探究早龄期混凝土的断裂性能,针对5种养护龄期(3、7、14、21、28 d)的混凝土试件,开展20根含预制裂缝的三点弯曲梁断裂试验,得到其荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线.基于该曲线,计算得到早龄期混凝土的断裂韧度(起裂韧度和失稳韧度)和断裂能.采用声发射(AE)技术,通过振铃计数和累计振铃计数与时间的关系曲线,探讨养护龄期对早龄期混凝土试件损伤断裂过程的影响;通过计算上升角(RA)和平均频率(AF),分析了早龄期混凝土的破坏模式.结果表明:早龄期混凝土的断裂韧度和断裂能均随着养护龄期的增加而增大,抗开裂能力提高,延性变差.当养护龄期由3 d增至14 d时,混凝土的断裂韧度和断裂能增速较快;当养护龄期由14 d增至28 d时,混凝土的断裂韧度和断裂能增速变缓.振铃计数和累计振铃计数均能较好地反映早龄期混凝土的损伤破坏过程,其中累计振铃计数的增速随着养护龄期的增加而减小.混凝土的剪切裂缝占总裂缝的比例随着养护龄期的增加而增加.

拉应力作用下早龄期混凝土相对湿度响应试验研究

为系统研究早龄期混凝土内部相对湿度对不同水平拉应力的响应规律,设计恒定轴拉下混凝土内部相对湿度测试方法,试验研究了不同拉应力下的相对湿度响应规律,并基于试验结果和理论分析,给出早龄期混凝土单面干燥条件下相对湿度与拉应力的线性模型.研究结果表明:拉应力施加会造成混凝土内部相对湿度瞬时下降,当拉应力从0.8 MPa增加到3.2 MPa时,混凝土深度分别为50、75、100 mm处的相对湿度变化值从0.5%、0.4%和0.3%增加到0.8%、0.7%和0.6%;随着拉应力逐渐增大,相对湿度下降值逐渐增大;在相同拉应力下,距离混凝土暴露面近的相对湿度对拉应力的响应更为显著;拉应力持荷状态下相对湿度会逐渐恢复,恢复时间约2.5 h,在压应力持荷状态下也出现了类似现象,恢复时间约20.0 h,拉应力持荷状态下相对湿度恢复时间更短.

碳纳米管改善面板混凝土早龄期变形研究

在水利工程中大体积混凝土开裂问题普遍存在,而早龄期变形是大体积混凝土早龄期开裂的主要驱动力。为了研究碳纳米管(CNTs)对面板混凝土(FSC)早龄期变形的影响,采用温度—应力试验,研究两种温度养护历程下基准面板混凝土和掺入CNTs面板混凝土的应力与应变发展规律。基于成熟度理论,分离出早龄期温度变形与徐变,得到FSC早龄期时变热膨胀系数与徐变度发展曲线。试验结果表明:相较于基准组,CNTs的掺入可以减少FSC早龄期自收缩,降低早龄期热膨胀系数,从而减少温度变形,增加早龄期拉伸徐变度,可以有效改善FSC早龄期变形,降低FSC早龄期开裂风险。

早龄期机制砂混凝土抗压强度与弹性模量时效关系及本构模型试验研究

为了研究早龄期机制砂混凝土在单轴受压状态下抗压强度与弹性模量的时效关系和本构模型,通过对8组不同龄期的C60机制砂混凝土试件进行立方体抗压强度试验、静力受压弹性模量试验和单轴受压应力-应变曲线试验,并参考多种已有研究模型,建立了早龄期机制砂混凝土在单轴受压状态下的抗压强度与弹性模量时效关系模型和分段式应力-应变本构模型。结果表明,采用的抗压强度与弹性模量时效关系模型和分段式应力-应变本构模型与试验数据吻合效果理想,能够较好地描述早龄期C60机制砂混凝土在单轴受压状态下的力学性能。

混凝土早龄期收缩开裂细观力学机理研究

缓减混凝土早龄期收缩开裂是提升混凝土结构耐久性和防水性能的关键环节,对此研究了基于细观力学的混凝土早龄期收缩开裂机理。采用随机骨料模型对混凝土内粗骨料、砂浆和界面过渡区(ITZ)进行参数化建模生成混凝土细观结构,建立混凝土细观数值模型,针对现行试验规范,确定模拟所需力学参数并验证计算方法。结果表明,混凝土早龄期的收缩应变随时间的变化趋势受粗骨料随机分布的影响不大,不同分布形式下的混凝土24 h收缩应变值最大相对误差为7%;平板混凝土试件早龄期的收缩裂缝沿着裂缝诱导器尖端区域的ITZ单元发展,不同粗骨料分布形式下的裂缝面积最大相对误差为9.5%。

地铁车站叠合墙内衬早龄期温度与应变演化规律

为探究叠合墙早龄期内衬温度与应变演化规律,依托地铁车站叠合墙工程开展早龄期内衬墙温度与应变现场监测,分析内衬墙的裂缝分布特征、温度与应变演化规律。结果表明:在早龄期,裂缝多从内衬墙的底部施工缝向上延伸,大部分裂缝为竖向裂缝,少量斜裂缝位于墙角;内衬墙的中部温度高于四周温度,而墙体中心的温度峰值与降温速率最大,表面温度峰值最小,并且墙体存在明显的里表温差;在早龄期,内衬墙存在明显的膨胀与收缩现象,并且不同方向上的应变演化规律存在明显的区别。

早龄期钢纤维混凝土单轴压缩破坏前兆特征

早龄期混凝土受水化、外荷载等影响,容易产生裂缝,影响结构耐久性,电阻率能较好地反映混凝土内部损伤程度。本研究开展了钢纤维混凝土(SFRC)和普通混凝土(NC)单轴压缩过程中的电阻率监测试验,研究了龄期对SFRC在单轴压缩过程中电阻率变化特性的影响,并在不同龄期对两种混凝土开展了波速测试试验。研究结果表明,龄期对SFRC在单轴压缩过程中的电阻率变化规律影响显著,28 d龄期内,电阻率变化规律依次以“L”型、“V”型和“U”型三种不同的简化模式呈现。试件临近破坏时,电阻率均有所增大,龄期1和3 d时,增长趋势较小,龄期7、14和28 d时,增长显著。电阻率信息反映了混凝土内部裂隙的萌生和发展,可将电阻率的缓慢增大阶段作为SFRC破坏的前兆信息。SFRC的强度和波速均高于NC,且随龄期增长呈增长趋势。

不同养护温度下早龄期混凝土导热系数试验研究

为了研究低温环境下的混凝土早龄期的导热系数,采用热流计法导热仪对混凝土试件进行了导热系数测试,考察了-5℃、5℃和20℃养护环境下的早龄期混凝土导热系数,同时测定了各龄期混凝土的抗压强度。采用低场核磁共振技术,研究了不同养护温度下混凝土各龄期的含水率与孔隙率。结果表明:混凝土的含水率与孔隙率随龄期增大逐渐减小,抗压强度随龄期增大逐渐增大,导热系数与龄期和养护温度呈现负相关。

混凝土小箱梁早龄期开裂风险与防控

预制混凝土小箱梁在浇注期间水化热作用下产生显著里表温差,存在早龄期开裂风险,影响其安全性及耐久性。为明晰预制混凝土小箱梁早龄期开裂风险,以陕西省安康地区某混凝土小箱梁桥为依托,研究其早龄期温度作用、温度效应及开裂风险,并通过正交试验分析得到了影响预制混凝土小箱梁早龄期开裂风险的主要因素。结果表明:预制混凝土小箱梁在浇注后水化反应迅速,12~16 h后,混凝土温度达到峰值54.9℃,温度最高位置集中于顶部梗腋处及底板,而底板位置受环境作用影响水化放热时间最长,在浇注后72 h内混凝土小箱梁整体温度基本呈对称分布;水化反应期间小箱梁各位置抗力水平增长基本一致,但翼缘、梗腋及腹板中部应力水平较高,开裂风险较大,最大拉应力达到2.71 MPa,最大开裂因子达到1.2;材料属性、结构参数、环境作用对混凝土小箱梁预制期间水化热温度作用均有影响,其中材料属性影响最为显著,主要包括水泥放热量和水泥掺量,调整材料参属性及入模温度可有效降低预制混凝土小箱梁开裂风险。研究结果可以指导预制混凝土小箱梁设计及施工,降低其早龄期开裂风险,提高其安全性及耐久性。

冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用下早龄期混凝土强度演变及预测模型研究

为了研究冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用对早龄期混凝土力学性能的影响,基于新疆若羌地区实际环境条件,对三种水胶比的早龄期混凝土分别进行冻融循环、硫酸盐腐蚀、冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用工况下的耐久性试验,分析不同环境作用工况与水胶比交互作用下早龄期混凝土强度经时演变规律和作用机制。同时,基于灰色系统理论与遗传算法,建立早龄期混凝土强度的变权缓冲GM(1,1)模型。研究结果表明:同环境作用工况下,随冻融循环次数增加,早龄期混凝土抗蚀系数均出现先增大后减小的变化规律,并且在腐蚀终期,水胶比与早龄期混凝土抗蚀系数呈负相关。在同水胶比条件下,相较于单一冻融循环工况,冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用工况对早龄期混凝土抗蚀系数终值的影响程度更高。早龄期混凝土强度预测模型的最大平均预测误差仅为1.893%,具有较好的预测精度,可为寒冷、盐渍土地区混凝土结构服役状态评估提供参考;通过预测模型对不同环境作用工况下早龄期混凝土进行耐久性评估,可知:冻融循环作用下,0.26、0.32、0.38水胶比的早龄期混凝土预测服役寿命分别是75.3 a、24.6 a、15.3 a,而在冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用工况下,同水胶比下早龄期混凝土预测服役寿命缩短至30.7 a、22 a、12.7 a。

加强带与后浇带影响超长混凝土底板早龄期性能的比较研究

超长混凝土底板在工程实践中扮演着关键的角色,因此其早期性能对工程质量和安全具有至关重要的影响。研究旨在探讨加强带与后浇带对超长混凝土底板早龄期性能的影响,并进行了详细的比较研究。采用数值模拟对比现场情况的方法,深入计算了加强带与后浇带对超长混凝土底板早龄期温度应力的影响情况。研究结果表明,采用加强带与采用后浇带的不同情况下混凝土超长底板早龄期温度最大应力值接近,说明后浇带可以被加强带替代,同时加强带保护了混凝土超长底板的完整性,能够提高超长混凝土底板的早期性能,可以有效减小混凝土底板的开裂倾向,提高其抗裂性能。

免拆模板-混凝土复合墙体早龄期热湿耦合传递特性研究

以免拆模板-混凝土复合墙体为研究对象,考虑早龄期混凝土水化反应的影响,以毛细压力和温度为驱动势,构建多层墙体一维瞬态热湿耦合传递模型,利用COMSOL Multiphysics模拟研究该复合墙体在早龄期的热湿传递过程。结果表明:水化反应对复合墙体早龄期热湿特性有重要影响,忽略水化反应会低估复合墙体的温度、高估其湿度。考虑水化反应时,复合墙体中混凝土在前期温升较大、湿度降幅较大。与忽略水化反应的情况相比,前期混凝土含湿量梯度更小、梯度范围更大。与忽略水化反应相比,免拆模板在水化反应早期温度、湿度波动较大。免拆模板具有一定保温隔热和湿缓冲能力。

大掺量粉煤灰混凝土早龄期拉伸徐变特性研究

为探究粉煤灰掺量和加载龄期对早龄期混凝土拉伸徐变的影响规律,在应力强度比为0.4的条件下,实验研究了不同粉煤灰掺量(0%,30%,60%)和不同加载龄期(3,7,14,28 d)下的拉伸徐变特性。研究结果表明:混凝土拉伸徐变随着加载龄期的推迟而递减;混凝土拉伸徐变速度在持荷初期(0~3 d)随着加载龄期的推迟呈指数规律下降,在持荷中后期(3 d后)加载龄期影响逐渐减小;在同一加载龄期,混凝土拉伸徐变随粉煤灰占比的提高而增大。拉伸徐变随强度增长呈指数规律递减,该规律在60%粉煤灰掺量的混凝土中更为显著。

干寒大温差下早龄期混凝土收缩特性及防裂技术

为探究干寒大温差下早龄期混凝土收缩变形规律,降低开裂风险,采用3种养护方法对混凝土进行早龄期养护,以抗压强度、劈裂抗拉强度、自由收缩率及最大约束应力为表征手段,设置了基本力学性能试验、自由收缩试验与约束收缩试验,并采用综合型多指标的灰色关联法分析了不同养护方式下混凝土的抗裂性能.同时,设计了纳米涂层保温性能试验,探究其对混凝土的保温隔热性能.试验结果表明:在-20.0~15.0℃的循环温度中,采用纳米涂层使得圆柱体混凝土试件内部平均温差降低2.95℃;相比于标准养护,3种养护方式下混凝土抗压及劈裂抗拉强度均有显著降低,干寒大温差不利于混凝土的强度发展;自由收缩率随温度变化明显,呈现出温度降低,自由收缩率增大,反之,温度升高自由收缩率减小,并在-20.0℃与15.0℃时出现极值;最大约束应力受到养护方式影响,自然养护下最大约束应力发展最快,终值最大,薄膜养护次之,涂层养护最大约束应力发展最慢,终值最小;涂层养护下灰色关联度高达0.914 9,明显高于自然养护与薄膜养护,表现出优异的抗裂性能.

早龄期持续受荷对成熟混凝土梁受弯性能影响试验研究

为研究早龄期持续受荷对成熟混凝土构件的影响。针对16根龄期在72 h以内的早龄期钢筋混凝土梁,分别施加不同程度荷载并持荷不同时长,卸载后自然养护至28 d进行四分点抗弯试验,探讨其持荷龄期、持荷大小、持荷时长等因素下早龄期混凝土梁的破坏形态、梁截面刚度等基本力学影响规律。试验结果表明:持荷龄期、持荷时长及持荷大小三因素对早期持荷梁28 d后的破坏形态、屈服弯矩及极限弯矩影响较小;开裂弯矩受持荷时长及持荷大小的影响较为显著,即持荷时间越长,持荷值越大,其开裂弯矩降低越多。参考规范开裂弯矩计算式对试验值进行对比,发现持荷龄期为14 d或早期施加极限承载力的45%和60%的条件下,其规范结果明显偏大而不适宜采用,仍需要进一步的探讨。

基于徐变损伤理论的早龄期大体积混凝土化学-热-力多场耦合模型研究

受水化放热的影响,大体积混凝土在早龄期阶段涉及多个物理场作用,极易发生损伤、开裂等不利行为,会对结构服役期内的耐久性和安全性产生严重的影响。针对此问题,该文基于经典损伤理论框架,发展了一类适用于早龄期大体积混凝土的化学-热-力多场耦合模型,综合地反映了早龄期混凝土的开裂、徐变、温度变形、自收缩变形和龄期效应。通过将水化反应方程与热传导方程联立建立了化学-热场耦合作用模型。进而,基于弹塑性损伤理论框架搭建本构关系,引入考虑损伤影响的微观应力-固化理论以刻画混凝土的线性徐变和非线性徐变,根据温度和水化度的变化求解热膨胀变形和自收缩变形,并考虑了随龄期变化的混凝土力学性能的影响。结合相应的显式求解算法,将上述多场耦合模型应用于Maridal涵洞早龄期力学行为的模拟分析,并探究了混凝土徐变变形的影响。计算结果表明:该文模型可以实现对早龄期大体积混凝土开裂过程的准确模拟,对早龄期混凝土受力性能和开裂行为的研究具有一定的参考意义。

养护温度对低热水泥混凝土早龄期导热系数影响

为研究低热水泥混凝土在实际温度环境下早龄期导热系数的演化规律,设计并开展了不同养护温度和水胶比条件下低热水泥水化热和导热系数试验,根据试验结果分析了养护温度对低热水泥混凝土导热系数的影响机理,并建立了考虑温度效应的导热系数预测模型。结果表明:高温养护提高了低热水泥早龄期水化热及放热速率,标准养护下水化度较高温养护存在“滞后”效应;导热系数随着养护温度增加呈现先增加后降低的趋势,水胶比越大,导热系数越低;提出的预测模型得到了试验验证,并发现不同养护温度下导热系数随着水化度的增加不断降低,当水化度为0.39~0.41时,导热系数出现临界峰值,为1.51~1.45 W/(m·K)。研究成果可为低热水泥混凝土早龄期温度场精确计算以及温控防裂提供参考。

早龄期损伤水工混凝土自然自愈合效果试验研究

早龄期水工混凝土结构在不利荷载工况下常易产生损伤开裂,如果及时加强对早龄期损伤水工混凝土的养护,后期水工混凝土自然自愈合效果对结构服役寿命具有重要影响。为此,本文设计并开展了3种预损伤龄期(1 d、2 d、3 d)和3种粉煤灰掺量(0%、15%、35%)下的早龄期水工混凝土抗压强度预损伤试验,以损伤试件标准养护至28 d龄期后的不同受压面抗压强度增长率R 1和恢复率R_(2)作为评价指标,同时结合损伤混凝土试件的微观孔结构测试结果,共同探究早龄期损伤混凝土的自然自愈合效果。研究结果表明,在相同粉煤灰掺量下,损伤试件的强度恢复率R_(2)均随着预损伤龄期的增加而增大,且在3 d预损伤龄期下A组损伤试件的R_(2)均大于95%,表明损伤试件得到了较好的恢复;在同一预损伤龄期下,不同受压面二次强度测试结果表现为F_(2,A)>F_(2,B),平均孔径、最可及孔径和分形维数均表现为A组检测样品<B组检测样品,这表明裂缝平行于二次受压方向的损伤混凝土试件的自愈合情况较好;掺入粉煤灰能够使损伤试件强度增长率R 1和恢复率R_(2)得到提升,并降低总体积、最可及孔径和分形维数,增加无害孔和少害孔的占比。上述结果表明,及时加强对早龄期损伤混凝土的养护,其后期的自愈合效果较好,且适量掺入粉煤灰能提升损伤混凝土的自愈合效果。

掺MgO膨胀剂的面板混凝土早龄期热膨胀系数

掺入MgO膨胀剂能补偿混凝土的温度收缩,有望改善堆石坝面板混凝土的抗裂性。为了研究MgO膨胀剂对面板混凝土早龄期热膨胀系数的影响,本实验对基于施工配合比的基准面板混凝土(JC)和掺入5 wt%MgO膨胀剂的面板混凝土(PC)进行了温度-应力试验。通过测试恒温养护(CTC)和温度匹配养护(TMC)两种模式下面板混凝土的自由应变,采用等效龄期下的应变差和温度差来确定两种面板混凝土的早龄期的热膨胀系数(CTE)。试验结果表明,两种面板混凝土的早龄期CTE都具有时变性,其CTE在终凝后快速降低,最后趋于稳定值。与JC相比,掺入MgO膨胀剂能够略微增加PC的CTE。MgO可能导致混凝土水化消耗的水分略微增加,其膨胀产物氢氧化镁的填充作用能够降低面板混凝土的孔隙率,二者共同作用略微增大了面板混凝土的CTE。

浇筑形式对墙体结构混凝土早龄期开裂风险影响研究

文章针对工程现场实体浇筑墙体结构混凝土开裂渗漏普遍严重的现状,采用基于“水化-温度-湿度-约束”多场耦合机制的抗裂性评估理论与方法,结合工程中几种典型的现浇墙体主体结构一次性浇筑形式,系统研究了墙体结构直线型浇筑、“回”型浇筑、“L型”浇筑、圆环型浇筑等浇筑形式对开裂风险的定量影响,明晰了不同浇筑形式对墙体结构混凝土开裂风险的影响规律,为类似工程墙体结构混凝土早期抗裂提供理论指导。