限制收缩条件下不同强度混凝土抗裂性评估

发布时间：2020-08-07 13:11

【摘要】：由于约束均匀、操作简单、造价低廉等优点,约束环形试验已被广泛用于评价水泥基材料的抗裂性能。美国试验材料学会(ASTM)在美国国家公路与运输学会(AASHTO)推荐的标准环形试验基础上建议将混凝土环厚度降为37.5mm,这一改进能够提高钢环的约束作用并且降低径向不均匀收缩程度。很多学者认为37.5mm厚的混凝土环在外环干燥条件下其径向湿度梯度以及由此导致的不均匀收缩可以忽略,并且在径向均匀收缩假设条件下研究其应力分布、开裂机理以及破坏过程。考虑到早龄期混凝土内部湿度分布高度非线性特征以及不同强度混凝土内部湿度分布的差异性,本文拟研究三种典型强度混凝土(C30、C50、C80)约束环形试验在考虑径向不均匀收缩条件下的开裂机理,进而更加全面准确地分析ASTM推荐环形试验中裂缝的形成过程,为混凝土材料抗裂性能评价提供参考。基于此,本文主要工作如下:(1)C30、C50、C80混凝土早龄期材料性能试验分别对C30、C50、C80混凝土进行3、7、14、21、28天材料性能试验研究,包括劈裂抗拉强度、弹性模量、断裂能、起裂断裂韧度、自由收缩。材料性能试验结果被拟合为随龄期变化的连续曲线,进而得到C30、C50、C80混凝土1~28天各项材料性能参数。(2)C30、C50、C80混凝土约束圆环、椭圆环试验参照ASTM推荐的约束环形试验,对C30、C50、C80混凝土进行约束圆环、椭圆环试验,椭圆环试件长半轴与圆环试件半径一致,短半轴为长半轴的一半,其余均保持一致。根据试验监测的钢环应变滞回曲线确定环形试件的开裂时间。试验结果表明,混凝土强度等级越高,约束环形试件开裂时间越早。此外,对于本文研究的三种典型强度混凝土,约束椭圆环试件的开裂时间均早于约束圆环试件,验证了约束椭圆环试件具有提高约束度、加速开裂的优势。(3)约束环形试验裂缝起裂与扩展全过程数值模拟首先,根据已有的模型计算出C30、C50、C80混凝土环形试件内部湿度场,结合棱柱体自由收缩应变推导出能反映其径向不均匀收缩的虚拟温度场。然后,应用ANSYS有限元软件对环形试件进行应力分析,根据应力分析结果确定环形试件裂缝出现的位置。最后,建立带有裂缝的环形试件有限元模型,通过引入虚拟裂缝粘聚力模型结合以起裂韧度为标准的裂缝扩展准则模拟裂缝起裂与扩展全过程。模拟结果表明,考虑径向不均匀收缩条件下,C30、C50、C80混凝土环形试件裂缝均出现在试件外侧,且由外向内扩展。此外,椭圆环试件的开裂时间均早于圆环试件。数值模拟结果与试验结果吻合良好,验证了本文提出的环形试件开裂机理的合理性。(4)裂缝扩展驱动力与均匀收缩假设分析考虑不均匀收缩条件下,驱动裂缝扩展的作用分为不均匀收缩导致的自身约束作用和钢环提供的外部约束作用。本文对C30、C50、C80混凝土约束环形试件裂缝扩展过程中的自身约束作用和外部约束作用进行了分析。分析表明裂缝扩展过程中,钢环提供的外部约束占主导作用,随着混凝土强度等级的提高外部约束作用增强,且椭圆环试件提供的外部约束均强于圆环试件。此外,本文对均匀收缩假设条件下环形试件裂缝起裂与扩展进行了数值分析,均匀收缩假设条件下数值模拟得到的环形试件开裂时间与试验监测的开裂时间差距较大,证明了37.5mm环形试件在外环干燥条件下考虑径向不均匀收缩的必要性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】