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限制收缩下早龄期混凝土破坏机理试验与数值研究

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限制收缩下早龄期混凝土破坏机理试验与数值研究

作者：罗昊大连理工大学

学位级别：硕士

混凝土在早龄期极易因限制收缩产生裂缝,这些裂缝常见于工业楼板、混凝土路面等较大表面暴露于空气的混凝土构件,已成为混凝土的主要病害之一。约束环形试验已广泛应用于早龄期混凝土抗裂性的评估中,但混凝土性能、试件的几何形式以及... 详细信息

混凝土在早龄期极易因限制收缩产生裂缝,这些裂缝常见于工业楼板、混凝土路面等较大表面暴露于空气的混凝土构件,已成为混凝土的主要病害之一。约束环形试验已广泛应用于早龄期混凝土抗裂性的评估中,但混凝土性能、试件的几何形式以及干燥方式等都对破坏机理及试验结果产生影响。因此,限制收缩条件下裂缝破坏机理的研究,对正确评估早龄期混凝土的抗裂性具有重要意义。基于上述原因,本文开展了如下的研究工作：(1)早龄期混凝土材料性能试验研究对龄期为1、3、5、7、14、21、28天的混凝土进行劈裂抗拉、轴向抗压、弹性模量、断裂能、断裂韧度和自由收缩等材料性能试验,得到各项材料性能随龄期增长的变化规律。(2)限制收缩条件下混凝土约束圆环和椭圆环的试验研究开展混凝土壁厚为37.5mm的约束圆环试验和椭圆环试验,在外圆周表面干燥条件下,研究几何形状对早龄期混凝土开裂时间的影响。试验结果表明,相同条件下椭圆环试件可以加速混凝土的开裂,缩短试验时间。(3)限制收缩条件下混凝土断裂机理的研究通过在混凝土上施加虚拟温度场来模拟收缩作用,结合应力分析结果确定混凝土的起裂位置,并引入虚拟裂缝模型,在尖端应力强度因子为零的扩展准则下,模拟外圆周干燥的环形试件收缩裂缝扩展全过程。研究结果表明,本文采用约束椭圆环试验的混凝土材料,在裂缝形成后直接进入不稳定扩展阶段,钢环压应变的突然滞回标志着裂缝的起裂和失稳。(4)限制收缩椭圆环约束度理论研究开展数值分析,定量研究椭圆环试验约束度,通过对混凝土施加虚拟温度场来模拟其收缩作用,计算不同混凝土壁厚、钢环厚度和弹性模量对椭圆环试验约束度的影响,拟合得到约束椭圆环试验约束度的表达式,并提出约束椭圆环试验的设计方法。结果表明：高约束度(90%以上)条件下,约束椭圆环试验满足约束度要求需要厚度较薄的钢环,试件整体较轻,便于试验操作。

关键词：早龄期混凝土限制收缩约束环形试验裂缝扩展约束度

限制收缩条件下早龄期纤维混凝土抗裂性评价方法研究

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限制收缩条件下早龄期纤维混凝土抗裂性评价方法研究

作者：赵晓瑜大连理工大学

学位级别：硕士

限制收缩开裂现象在路面、桥面和屋面等体表比较大的混凝土结构中非常普遍,在混凝土浇筑早期更为明显。限制收缩裂缝的存在为有害物质进入混凝土内部提供通道,进而加速构件破坏,增加维护成本,缩短混凝土结构的服役寿命。采用纤维增强混... 详细信息

限制收缩开裂现象在路面、桥面和屋面等体表比较大的混凝土结构中非常普遍,在混凝土浇筑早期更为明显。限制收缩裂缝的存在为有害物质进入混凝土内部提供通道,进而加速构件破坏,增加维护成本,缩短混凝土结构的服役寿命。采用纤维增强混凝土(FRC)是目前国际上公认的提高混凝土抗裂性和韧性的有效方法之一。研究表明不同种类的纤维增强混凝土的抗裂性差异较大。因此,合理评估早龄期纤维混凝土的抗裂性,选择符合实际要求的纤维掺量具有重要的工程意义。基于此,本文开展了以下几方面的工作:(1)早龄期混凝土材料性能试验研究和纤维混凝土抗裂性能试验研究对早龄期普通混凝土进行材料性能试验,测定混凝土在不同龄期(3d,7d,14d,21d,28d)的劈裂抗拉强度、弹性模量、起裂断裂韧度和断裂能,通过对试验数据进行拟合,得到了各材料性能随龄期的变化曲线及拟合公式。此外,对钢纤维体积掺量为1.0%的纤维混凝土进行棱柱体自由收缩试验,测定了可以表征不同纤维体积掺量的纤维混凝土自由收缩性能的自由收缩应变值,并根据试验数据绘制了自由收缩应变值随龄期的变化曲线。根据ASTM规范,对三种不同钢纤维掺量(0.5%、1.0%和1.5%)的纤维混凝土进行约束圆环试验,研究了不同种类纤维混凝土在限制收缩条件下的抗裂性。试验中,监测每个钢环的内表面应变、混凝土环中裂缝出现的时间、数量及宽度。试验结果表明,纤维掺量越高,纤维混凝土抵抗限制收缩开裂的能力越强;纤维掺量较高(1.5%)时,环形试件中没有可见裂缝出现。(2)混凝土内部相对湿度分布曲线的计算混凝土内部相对湿度分布曲线根据已有的水泥水化与水分扩散一体化模型计算。在外部干燥环境下,混凝土中水泥水化和水分扩散同时发生,混凝土内部相对湿度的降低是二者共同作用的结果。为了简化计算,假定在时间增量dt内,水化作用与扩散过程相继发生。首先,根据水泥水化引起的湿度变化量公式计算参与水分扩散的初始湿度。然后,通过基于Fick第二定律的水分扩散方程推导出t+dt时刻的剩余湿度,即为考虑水泥水化与水分扩散耦合作用的相对湿度。最后,根据有限差分法分别计算截面不同位置处(表面节点、内部节点、底部节点)的相对湿度值。进而可得到任意时刻混凝土内部湿度分布曲线。(3)限制收缩条件下纤维混凝土断裂全过程数值模拟根据计算的混凝土内部相对湿度场,结合自由收缩应变的实测值,推演出能反映混凝土收缩特性的虚拟温度场。然后,引入虚拟裂缝模型,在虚拟裂缝面上施加纤维与基体间的界面粘结应力与混凝土自身的粘聚力,表征纤维混凝土中裂缝开裂抗力。最后,结合基于起裂断裂韧度的裂缝扩展准则,实现了纤维增强混凝土在限制收缩条件下裂缝起裂、稳定扩展和失稳扩展断裂全过程的数值模拟。数值结果表明,钢纤维体积掺量从根本上决定了约束环形试件的断裂行为。当纤维掺量较低(0.5%)时,环形试件中出现一条裂缝,裂缝一旦起裂便立即失稳扩展贯通环形试件的横截面。当纤维掺量为1.0%时,环形试件中依次出现了三条裂缝,存在裂缝同时扩展的情况。当纤维掺量较高(1.5%)时,环形试件中没有出现裂缝。钢环应变曲线上出现的每次回滞,都表示新的裂缝产生。应变曲线中最后一次明显回滞表示裂缝失稳扩展贯通环形试件整个横截面,试件破坏。试验与数值结果吻合良好,说明本文采用的基于断裂力学的数值方法能够有效预测纤维混凝土在限制收缩条件下的开裂潜力。

关键词：纤维混凝土约束圆环试验限制收缩虚拟裂缝模型断裂全过程

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养护环境对混凝土限制收缩开裂影响研究

水资源与水工程学报 2022年第3期33卷 156-162页

作者：张雷王志华佟继有张海丽吴岗权曹尊毅黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 河南省水电工程磨蚀测试与防护工程技术研究中心河南郑州450003 河海大学水利水电学院江苏南京210098 兴安盟河海供水有限公司内蒙古乌兰浩特137400 河南智河工程技术有限公司河南郑州450003

在高海拔极端环境下,混凝土浇筑和养护过程中易出现裂缝,影响结构的工程质量和安全运行。通过圆环法混凝土限制收缩开裂试验,研究了不同温度(-5、10、25、40℃)、湿度(50%、65%、80%)对混凝土早龄期受限收缩开裂的影响,揭示了早龄期混... 详细信息

在高海拔极端环境下,混凝土浇筑和养护过程中易出现裂缝,影响结构的工程质量和安全运行。通过圆环法混凝土限制收缩开裂试验,研究了不同温度(-5、10、25、40℃)、湿度(50%、65%、80%)对混凝土早龄期受限收缩开裂的影响,揭示了早龄期混凝土开裂的机理。结果表明:早龄期混凝土的抗压强度和弹性模量随养护温度和湿度的提高而增大,抗压强度随龄期的增长比弹性模量随龄期的增长更加明显;养护温度的降低或养护湿度的增大会减轻混凝土的干燥收缩以及自收缩作用,从而减小混凝土的内部应力,提高其抗开裂能力;提出了混凝土早龄期限制收缩开裂的预测模型,可准确预测混凝土早龄期限制收缩开裂时间。研究成果为混凝土开裂控制技术提供了基础数据支撑。

关键词：混凝土限制收缩养护环境圆环试验龄期

限制收缩下混凝土断裂和诱导拉伸应力特性测定法

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水利技术监督 2016年第5期24卷 25-27页

作者：邸元秀中国水利水电第十二工程局有限公司施工科学研究所浙江建德311600

采用钢环试验方法测定混凝土在限制收缩下断裂和诱导拉伸应力特性,以确定不同胶凝材料的拌合物早期断裂的相对可能性,以及在诱导拉伸应力下拌合物材料变化的相对结果和断裂潜在性,为水利水电土建工程混凝土原材料的选择提供参考。

关键词：钢环试验方法混凝土限制收缩断裂诱导拉伸应力断裂潜在性

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高性能混凝土自由收缩与限制收缩(Ⅰ)

低温建筑技术 2004年第3期26卷 14-15,63页

作者：马新伟史寿国张印成哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150006 黑龙江省寒地建筑科学研究院哈尔滨150080 黑龙江电力职工大学哈尔滨150000

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... 详细信息

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。

关键词：收缩限制收缩蠕变粘弹性能

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论混凝土限制收缩问题

低温建筑技术 2011年第1期33卷 20-21页

作者：张利娟张献凯公安海警学院浙江宁波315801 黑龙江省粮食设计院哈尔滨150080

均匀收缩只适应于厚度较薄的构件,限制收缩才具有普遍的适应性,并把混凝土抗拉设计强度作为混凝土在收缩及冷缩作用下抗裂性的判断依据。

关键词：限制收缩收缩应力收缩变形

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商品混凝土的裂缝问题及限制收缩开裂研究

中南水力发电 2001年第2期 69-72页

作者：罗季英冷发光等浙江省金华市水电工程处清华大学土木系

本文分析了商品混凝土产生裂缝的主要原因，并且采用限制收缩的方法，对实际的商品混凝土进行了试验研究。

关键词：商品混凝土混凝土裂缝限制收缩用水量

维普期刊数据库评论

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早龄期混凝土抗裂性环形试验研究进展

力学与实践 2017年第2期39卷 120-129,151页

作者：王福禄董伟袁文岩大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

早龄期混凝土极易在限制收缩条件下产生裂缝进而影响结构的安全性、耐久性和适用性,因此提供一种简单有效的方法来评估早龄期混凝土在限制收缩条件下的抗裂性,就显得非常重要.由于能够提供一定的约束刚度并易于实验室操作,限制收缩环形... 详细信息

早龄期混凝土极易在限制收缩条件下产生裂缝进而影响结构的安全性、耐久性和适用性,因此提供一种简单有效的方法来评估早龄期混凝土在限制收缩条件下的抗裂性,就显得非常重要.由于能够提供一定的约束刚度并易于实验室操作,限制收缩环形试验被广泛应用到混凝土在限制收缩条件下的抗裂性评估.主要从限制收缩环形试验的发展、破坏机理、影响因素三方面进行阐述.通过限制收缩环形试验进行不同目的的混凝土试验研究,推动了限制收缩环形试验的不断发展;破坏机理主要有最大拉应力理论以及基于断裂力学的断裂能机制预测混凝土的开裂;环形试验的影响因素主要有试件几何尺寸,边界条件,混凝土材料性能以及预制裂缝四个方面.最后介绍了一种椭圆环试验方法,可有效评估高约束度下混凝土的抗裂性.

关键词：早龄期混凝土限制收缩破坏机理影响因素

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外加剂对混凝土干缩的影响研究

建材技术与应用 2008年第1期 6-8页

作者：陈小莉张旭东赵方冉张旭焱河南省唐河县规划局河南唐河473400 中国民航大学交通工程学院天津300300

研究了聚羧酸系高效减水剂是否会对混凝土干缩产生负影响,同时验证了在隧道工程中弃用AFt类膨胀剂而代之以聚羧酸系高效减水剂的可行性和合理性。试验选用聚羧酸系高效减水剂、AFt膨胀剂和镁质膨胀剂,相继对自由收缩试件和两端受限混凝... 详细信息

研究了聚羧酸系高效减水剂是否会对混凝土干缩产生负影响,同时验证了在隧道工程中弃用AFt类膨胀剂而代之以聚羧酸系高效减水剂的可行性和合理性。试验选用聚羧酸系高效减水剂、AFt膨胀剂和镁质膨胀剂,相继对自由收缩试件和两端受限混凝土试件的干缩进行了研究,并进行了不同胶凝材料用量下聚羧酸系高效减水剂和AFt膨胀剂对混凝土干缩的试验。结果表明,与膨胀剂相比,聚羧酸系高效减水剂不会对混凝土干缩性能带来负影响,还可能有一定程度的改善作用。在隧道工程实践中,用聚羧酸系高效减水剂代替AFt类膨胀剂是合理可行的,对混凝土结构的耐久性有利。

关键词：减水剂膨胀剂干缩自由收缩限制收缩