冻结施工条件下立井井壁混凝土性能劣化机理与评价

发布时间：2018-02-11 23:35

本文关键词： 冻结法井璧混凝土早龄期温度场劣化　出处：《北京科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：冻结法施工立井井壁大体积混凝土浇筑后,剧烈的水化反应使井壁内部热量不断积聚,温度迅速升高；同时受到井筒内环境温度以及冻结负温的影响,井壁不同位置温度随龄期急剧变化,井壁内、外温差巨大。养护环境对混凝土早期内部结构的形成及其最终强度的产生至关重要,特殊的成长环境极易影响井壁混凝土的生长发育,危害立井井筒的正常服役。为揭示早期温度环境与井壁裂缝开展及破裂之间的内在联系,探究冻结施工环境对井壁混凝土性能的影响,本文以兖矿集团鄂尔多斯能化项目为依托,以冻结深大立井混凝土井壁为研究对象,通过现场实测、理论研究、数值推演、超声波探测、电镜扫描等方法进行研究。动态分析冻结施工条件下井壁及冻结壁的温度场分布特征及其时空变化规律,探究井壁混凝土的损伤过程和劣化机理,主要内容如下：1.通过对大体积混凝土浇筑过程中井壁与冻结壁的早期温度变化进行实测,研究井壁及冻结壁各测点温度的变化规律,建立冻结施工条件下井壁早期温度场理论模型。通过数值模拟动态推演不同工况下井壁与冻结壁早期温度场变化过程,揭示冻结法施工井壁、冻结壁早期温度场分布特征及时空变化规律。研究表明,井壁0～28d的温变过程可划分为五个阶段：温度急剧上升段(0～1d龄期)、温度迅速下降段(1～3d龄期)、温降速率减缓段(3～7d龄期)、温降速率过渡段(7～14d龄期)以及温降速率平稳段(14～8d龄期)。2.基于温度场分析理论与热传导原理设计冻结环境模拟试验机,运用超声波检测、扫描电镜观察等方法,研究混凝土试件在模拟冻结施工条件下早期的损伤发育状态及其劣化过程,获取试件不同位置随龄期变化的微观特性及性能退化规律,揭示混凝土随龄期增长的损伤过程与劣化机理。研究表明,冷端混凝土受前期冻结低温的影响,水化率低,损伤严重,损伤因子达0.32；热端混凝土的前期水化程度高,损伤较小,损伤因子约为0.09。3.通过单轴抗压强度、劈裂抗拉、声发射试验,研究模拟冻结施工条件下混凝土试件的强度生长、性能发育状态,揭示其不同龄期、不同位置的力学特性、强度损伤规律、单轴加载过程中的声发射特性。研究表明,冻结施工环境导致的早期损伤对混凝土的力学性能影响较大,应力应变曲线均呈现峰值低,应变大,混凝土力学性能较差,早期损伤对混凝土试件抗拉性能的影响远大于抗压性能。4.以模拟冻结施工条件下混凝土试件的损伤特性为基础,建立损伤与井壁位置、龄期、温度之间的时空关系,评价井壁各位置的损伤程度,获知最大损伤位置位于井壁外缘,损伤因子约0.14,井壁内缘损伤因子约为0.024,井壁中心处的损伤因子约为0.07,井壁损伤度处于2-14%。井壁的带损伤服役,将加剧结构的损伤,增大井壁的开裂风险。论文以工程实际为依据,研究了冻结法施工早期温度环境对井壁性能的影响,揭示了井壁混凝土成长过程中的损伤变化规律及劣化机理,为冻结立井井壁早期裂缝产生与井筒破裂的原因提供科学依据和新的理论基础,对于指导工程实践具有重要意义。
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【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD265.3

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