變負(fù)溫條件下混凝土內(nèi)部應(yīng)力發(fā)展規(guī)律研究.pdf

1、寒冷地區(qū)建筑工程中，混凝土在變負(fù)溫條件下的內(nèi)部應(yīng)力變化是影響其工程質(zhì)量及結(jié)構(gòu)壽命的重要因素，盡管國(guó)內(nèi)外關(guān)于混凝土抗凍性方面的理論與實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)很成熟，但是關(guān)于變負(fù)溫條件下混凝土內(nèi)部應(yīng)力變化對(duì)混凝土性能影響的系統(tǒng)研究目前并不多見。本研究將針對(duì)目前寒冷地區(qū)混凝土研究現(xiàn)狀，利用傳統(tǒng)試驗(yàn)、自制測(cè)試系統(tǒng)、顯微分析及數(shù)學(xué)模擬等方法，從負(fù)溫混凝土水化、早期受凍到成熟混凝土在溫變條件下的凍脹應(yīng)力及溫度應(yīng)力進(jìn)行系統(tǒng)研究，為解決全面評(píng)定混凝土壽命問題提供補(bǔ)

2、充。
　　本研究主要工作如下：(1)不同變負(fù)溫條件下，混凝土的水化程度、水化產(chǎn)物及其顯微結(jié)構(gòu)與混凝土主要力學(xué)性能的關(guān)系。(2)混凝土凍脹應(yīng)力測(cè)試裝置的研制。(3)不同預(yù)養(yǎng)條件下，不同水膠比、外加劑及摻合料混凝土早期受凍,其內(nèi)部?jī)雒洃?yīng)力變化規(guī)律及其與混凝土主要力學(xué)性能的關(guān)系。(4)受凍條件下，不同水膠比、摻合料的成熟混凝土內(nèi)部?jī)雒洃?yīng)力變化規(guī)律及其與混凝土主要力學(xué)性能的關(guān)系。(5)溫變條件下，有限元模擬分析不同水灰比、含氣量的成熟混凝

3、土內(nèi)部溫度應(yīng)力變化規(guī)律及其與混凝土主要力學(xué)性能的關(guān)系。
　　研究結(jié)果表明：(1)與負(fù)溫普通混凝土相比，負(fù)溫增鈣粉煤灰混凝土-7d時(shí)抗壓強(qiáng)度和動(dòng)彈性模量都很低，但轉(zhuǎn)入正溫后均迅速增長(zhǎng)。其-7d+28d時(shí)抗壓強(qiáng)度均可達(dá)到甚至超過同配比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d時(shí)抗壓強(qiáng)度。其-7d+7d可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d混凝土動(dòng)彈性模量的80％以上，后期穩(wěn)步增長(zhǎng)，-7d+28d已完成標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d混凝土動(dòng)彈性模量的90%～94%。與恒負(fù)溫養(yǎng)護(hù)相比，自然變負(fù)溫養(yǎng)護(hù)混

4、凝土的強(qiáng)度和動(dòng)彈性模量都有更大幅度的增加，這種現(xiàn)象尤其體現(xiàn)于早期處于自然變負(fù)溫的條件下，其中動(dòng)彈性模量的增長(zhǎng)規(guī)律更加穩(wěn)定。(2)XRD及SEM分析可知：負(fù)溫增鈣粉煤灰混凝土-7d為水化初期，以水泥礦物為主，粉煤灰顆粒為孤立狀態(tài)；-7d+28d為過渡時(shí)期，出現(xiàn)多種水化產(chǎn)物，粉煤灰顆粒被C-S-H凝膠所包裹；-7d+56d為強(qiáng)度繼續(xù)增長(zhǎng)時(shí)期，水化產(chǎn)物以C-S-H凝膠為主，粉煤灰顆粒均以鑲嵌式出現(xiàn)在水泥石結(jié)構(gòu)中。(3)利用自制混凝土凍脹應(yīng)力裝

5、置，可以明顯測(cè)得：早期受凍混凝土內(nèi)部的凍脹應(yīng)力隨水膠比的增加而增大；但摻防凍劑、引氣劑的混凝土早期受凍后均未表現(xiàn)出凍脹，其中摻引氣劑混凝土體積相對(duì)穩(wěn)定，而摻防凍劑混凝土相反有收縮的現(xiàn)象產(chǎn)生；摻粉煤灰的混凝土早期凍脹應(yīng)力比普通混凝土的凍脹應(yīng)力大。(4)早期受凍混凝土-7d+28d的各項(xiàng)力學(xué)性能損失率隨水膠比的增大而增大。摻引氣劑和防凍劑的混凝土-7d+28d的各項(xiàng)力學(xué)性能損失率普遍低于基準(zhǔn)混凝土的，摻粉煤灰的混凝土的各項(xiàng)力學(xué)性能弱于基準(zhǔn)混

6、凝土的各項(xiàng)力學(xué)性能。但2d-7d+28d的各混凝土的力學(xué)性能與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d混凝土的力學(xué)性能相近。(5)利用自制混凝土凍脹應(yīng)力裝置，可以明顯測(cè)得：受凍條件下，成熟混凝土內(nèi)部的凍脹應(yīng)力隨水膠比的增加而增大。本研究范圍內(nèi)的礦物摻合料能使混凝土的凍脹應(yīng)力減小，其中高水膠比混凝土減小幅度較大。相對(duì)于基準(zhǔn)混凝土，本研究范圍內(nèi)的礦物摻合料能降低受凍成熟混凝土的力學(xué)性能損失。(6)有限元模擬分析結(jié)果顯示：隨著含氣量的增加，混凝土內(nèi)外最大溫差和最大溫度

7、應(yīng)力逐漸增大。本研究條件下，低水灰比混凝土最大溫差為10.5℃，最大溫度應(yīng)力為2.76MPa；高水灰比混凝土最大溫差為15℃，最大溫度應(yīng)力為3.83MPa。不摻引氣劑時(shí)，水灰比越低，混凝土傳熱時(shí)間越短，最大溫度應(yīng)力越小。(7)混凝土抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能均隨著含氣量的增加而下降，抗凍性能均隨著含氣量的增加而提高。本研究條件下，含氣量2%的混凝土，溫變循環(huán)50次后的強(qiáng)度指標(biāo)損失率均在15%～35%之間；溫變循環(huán)100次后均高于40%，而動(dòng)彈性