混凝土早龄期多场耦合特性及约束面抗裂措施研究

1、混凝土早龄期多场耦合特性及约束面抗裂措施研究湿接缝、湿接头的出现为工程施工提供了便利性 , 也为分段分层浇筑的大体 积混凝土抗裂提供保障 , 但湿接头和湿接缝的收缩变形受到环境和周边约束构件 影响的时候也会存在开裂的风险。例如组合梁桥面板横向、纵向湿接缝 , 简支转 连续梁桥湿接缝、PC梁桥合龙段湿接缝、大体积承台分段浇筑的湿接缝等后浇 构件或构造的开裂问题。相比使用过程中桥梁湿接缝开裂的研究 , 对于温度、湿度和力学性能都发生 显著变化的早龄期混凝土开裂机理的研究较为缺乏。因此 , 研究混凝土早龄期温 度、湿度和应力间的相互耦合及变化规律 , 明确湿接缝混凝土早龄期开裂敏感时 间及区域 ,预

2、防混凝土早龄期开裂问题的出现 , 具有重要的工程实践价值。本文以混凝土早龄期温度、湿度及应力为研究对象 , 以衡德高速卫运河大桥 引桥湿接缝和青兰高速平阴黄河大桥湿接缝为工程依托 , 通过室内试验、理论分 析、数值模拟、原位试验等研究方法 , 深入开展了混凝土早龄期温 -湿-力耦合特 性研究, 分析了不同边界条件下混凝土早龄期温度、湿度和应力演变规律及耦合 特性, 从温湿度变化角度重新划分了混凝土早龄期变化阶段 ,提出了新的约束面 抗裂措施。主要工作及结论如下 :(1) 开展了混凝土早龄期变形试验研究 , 对既有 的混凝土温湿度监测方法进行改良 , 使其能够直接埋入混凝土中而不受施工过程 的影

3、响, 提高了湿度监测设备在实际工程中的易用性。获得了密封和非密封条件下混凝土早龄期温度、湿度和应变开展规律 , 为后 文理论分析和数值模拟提供试验支撑。 (2) 从混凝土早龄期温湿度变化的机理出 发,基于水化动力学模型、 等效龄期理论、 温湿度传导和扩散理论 , 建立了混凝土 早龄期温度场计算模型和湿度场计算模型基于 Grank-Nicholson 变换建立温湿度变化的差分方程组 , 编制程序化语言 实现了温度场、湿度场以及耦合效应的模拟 , 并以试验数据验证了模型的合理性 , 进而分析了混凝土早龄期温度场和湿度场之间的相互影响规律。 (3) 基于多孔多 相介质力学理论、 混合物理论、 温湿传

4、输和扩散定律以及混凝土早龄期应力应变 本构关系 ,考虑混凝土早龄期特点和外部约束条件 ,建立了以温度、 湿度、变形和 水化度为主要变量的多参数温-湿-力耦合模型,利用系数型偏微分方程(PEDs)和 相应物理模块实现了模型的有限元模拟。(4) 以简支转连续梁桥湿接头为研究对象 , 充分考虑湿接头的设计特点以及 施工过程的影响 ,对测试元件选取、测点布置、测试周期安排、工况选择和外部 干扰控制等方面进行优化设计 , 开展了湿接头原位试验研究。 利用前文建立的温 - 湿-力三相耦合模型 , 对不同湿度、温度边界条件下受约束混凝土早龄期温度场、 湿度场及应力场演变规律进行了分析 , 并进一步分析了受约束构件的开裂敏感特 性 , 在此根底上对混凝土“早龄期重新定义 , 并划分阶段。(5) 开展了湿接缝混凝土与相邻构件约束面粘结材料的试验研究。从增强混 凝土界面粘结性能出发 , 以高分子聚合物和矿粉对水泥净浆界面剂进行改性 , 通 过聚合物界面剂配比试验、 抗折强度试验、 抗压强度试验、 劈裂抗拉强