混凝土蒸养过程中的应力应变场及其对开裂的影响

发布时间：2020-05-13 05:38

【摘要】：近年来,装配式建筑凭借其施工方式简单、周期短、环保等特点,成为我国建筑工艺重点发展方向之一。在混凝土预制构件的生产过程中,为了提高生产效率,通常会采用若干快速养护方法,其中,70%以上的厂家均采用蒸汽养护。然而国内外众多工程实践表明,蒸汽养护制备的混凝土预制构件具有脆性大、易开裂、耐久性差等问题。微观结构的研究表明,混凝土在蒸汽养护过程中,内部孔隙粗化、内部裂缝增多。现有研究都认为温度和湿度应力是混凝土产生裂纹的主要原因,而对蒸养过程中混凝土温度和湿度场的演化研究较少,因而无法从本质上阐述混凝土开裂的形成机制和作用过程。因此,本文围绕蒸养混凝土的应力/应变场展开研究,以期从本质上揭示蒸养过程中裂纹的形成机制和作用过程,具体研究工作如下:(1)为模拟蒸养混凝土传热传质过程,建立了基于混凝土三维Lattice结构的传热传质模型,考虑了水化热和Knudsen扩散等因素的影响,选取了适当的参数用于求解控制方程中的变量。同时,通过埋设温湿度传感器对蒸养混凝土内部的温湿度场进行测试,得到了测点温湿度随时间变化的测量值,并且与传热传质模型模拟的结果进行对比,由此验证传热传质模型的准确性。利用该模型研究了养护制度,包括升温速度和恒温温度对混凝土温湿度场的影响规律。研究表明:混凝土在升温过程中表层温度和湿度变化均比内部快;混凝土内外温差较大,由于受到混凝土水化热的影响,恒温段混凝土内部温度略高于表层;升温速度越快,升温期间混凝土整体温度越低且内外温差越大;恒温温度越高,混凝土整体温度越高,内部湿含量也越高,在降温过程中内外温差越大。(2)为模拟蒸养混凝土的开裂过程,将传热传质模型模拟所得到的温湿度分布作为荷载,施加到Lattice断裂模型中,并统计了混凝土的应变和应力分布。利用该模型研究了养护制度,包括升温速度和恒温温度对蒸养混凝土应变和应力分布的影响规律。研究结果表明:混凝土在蒸养过程中会产生一定程度的体积膨胀,其中恒温段的变形最大,降温段相对于恒温段会产生一定程度上的回缩;混凝土中位于表层的杆单元在升温和恒温段受拉应力的比例较高,在降温段受压应力的比例较高,位于内部的杆单元则呈相反的规律。升温速度越快,混凝土在升温段的位移和应力都越小,在恒温段的应力和位移越大;恒温温度越高,混凝土的位移和应力越大,位移差没有明显差别,但是应力分布更不均匀。(3)统计了Lattice断裂模型模拟得到的不同养护制度的蒸养混凝土内部微裂纹分布规律,并与CT扫描测试结果进行对比。研究结果表明:混凝土在蒸养过程中,升温阶段表层产生的微裂纹较多且宽度较宽,内部产生的微裂纹较少,而在恒温阶段则相反;升温速度越快,升温段产生的裂纹数量越少,宽度也较小,恒温阶段产生的裂纹数量越多;恒温温度越高,混凝土在整个蒸养过程中产生的微裂纹数量和宽度都远大于恒温温度较低时的情况,升温阶段尤其比较明显。
【图文】：

养护制度,蒸汽养护,外加剂,配合比

2.0 2618 1516 1670 42.1 2.82.1.5 外加剂实验中所使用的外加剂为某材料公司生产的聚羧酸减水剂。2.2 试件成型及养护制度本文试验中，混凝土由强制式搅拌机拌合，搅拌时间 3 min，试件尺寸为 150mm×150mm×150mm，在振动台上密实成型。采用的配合比如表 2-6 所示。表 2-6 蒸养混凝土配合比（kg/m3）Table 2-6 The mix proportion of steam curing concrete水泥粉煤灰砂碎石水减水剂390 80 670 1244 141 1.5%本文试验采取两种蒸养制度，如图 2-1 所示。即常温下静停 4h，升温速率分别为15℃/h（图 2-1a）和 20℃/h（图 2-1b），恒温 4 h，降温 l h，，恒温温度 60±5℃。

示意图,试验装置,示意图,温湿度传感器

第二章原材料和实验方法试验方法.1 蒸养混凝土的温湿度监测混凝土试模尺寸为 150mm×150mm×150mm，温湿度传感器预埋测点距离表面5mm，55mm，75mm，图 2-2 为温湿度监测的试验装置示意图。混凝土浇筑前作用于埋设温湿度传感器的塑料管，在塑料管底部开设 3mm 宽的环带状条孔度传感器可以监测到目标测点处的温湿度分布。混凝土浇筑后将预先塞好铝棒垂直插入混凝土中至目标测点处，待混凝土初凝后拔出铝棒，并安装温湿度传感器上方采用硅胶塞进行密封，与外界蒸汽隔绝。在条孔上方套 2mm 厚的 O 型营造目标测点处的局部小空间，使测点处空间快速达到湿热平衡。将待测试样养护箱中进行蒸汽养护，通过数据采集仪实时采集混凝土在蒸汽养护过程中的化情况。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU755.7

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