混凝土内部水分传输特性与二维渗水监测研究

发布时间：2020-07-18 16:34

【摘要】：混凝土作为当今世界最主要的建筑材料,用量巨大,与此同时混凝土的诸多弊端也逐渐显现,其中最突出的问题就是混凝土的耐久性问题。水是混凝土耐久性劣化过程发生的必要条件之一,除此之外混凝土中的水分含量对混凝土强度、收缩、徐变等性质均有重要影响,因此研究混凝土中水的传输是很有意义的。目前实验室内试验研究了压电智能骨料性质(Smart Aggregate,简称SA),利用其可同时作为驱动器与传感器的特质,将其应用于结构损伤裂缝监测、钢管混凝土脱粘、结构冲击荷载监测等方面,这为监测混凝土渗水过程提供了可能性。本文试验研究了混凝土内部的渗水过程,进行了仿真建模和分析,并对混凝土渗水过程进行了监测研究。具体内容包括:为了研究水在混凝土内的扩散规律,设计了混凝土柱渗水试验,采用切片称重法得到混凝土的渗水分布情况。采用Fick第二定律描述混凝土柱渗水过程,确定了水扩散系数,并探讨了水扩散的影响因素。研究结果表明:根据渗水分布结果得到的水扩散系数在长渗水时间下具有一致性,说明可用Fick第二定律描述混凝土的长期渗水过程,同时可以得出在研究范围内截面形状以及截面面积对混凝土水扩散系数影响几乎没有影响。基于ABAQUS有限元软件,利用热传导方程与Fick第二定律的一致性,对混凝土渗水过程进行仿真模拟。为了进一步深化模型,基于蒙特卡罗法建立了三维球形骨料模型,并分析了骨料随机分布、骨料体积率以及混凝土截面形式对混凝土渗水过程的影响。研究表明:渗水仿真结果与试验结果基本一致,进一步说明了Fick第二定律描述混凝土水扩散过程的可行性;三维球形随机骨料模型的仿真结果表明骨料的随机分布与截面形式对混凝土整体的渗水过程几乎没有影响,骨料的存在会阻碍渗水过程,体积率越大,阻碍效果越明显。浇筑了尺寸为800×800×100 mm3的混凝土板,在其内部以矩阵形式埋入压电智能骨料,进行混凝土内部二维空间渗水过程监测研究。在不同渗水时间下记录各对骨料的监测幅值信号与敲击信号,通过数据处理技术,得出了监测指标与渗水程度的对应规律。研究表明:信号幅值与渗水进程具有相关性,其幅值大小会随渗水程度增加而升高,但是由于信号幅值易受环境干扰,难以建立定量关系,可将幅值作为预警指标;敲击信号频域响应与渗水程度高度相关,根据仿真结果,其主频频率与平均相对含水率呈近似线性关系,同时频域响应具有良好的稳定性、敏感性以及实用性,可作为混凝土渗水监测的主要指标。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

混凝土柱,混凝土配合比,石子,水灰比

混凝土柱表2-1C60混凝土配合比

水分分布,烘箱

图 2-2 DHG-1000L 烘箱图 2-3 HQP-150A 切割机试验步骤得混凝土内部的水分分布是本试验的一个重要参数，由于目前湿不成熟与试验条件限制，本试验采用切片称重法测定试件的水分

水分分布,切割机

【参考文献】