水工常态混凝土湿胀应变特性试验和模型研究

发布时间：2020-05-22 12:08

【摘要】：水工常态混凝土(以下简述为水工混凝土)将经常性或周期性地受到水的作用。当混凝土放入湿度较大的环境或水中,水泥凝胶体吸水后将使混凝土产生湿胀应变,从而改变混凝土的应变甚至应力状态。影响混凝土湿胀应变特性的因素很多,归纳起来可分为内部和外部因素两部分。但迄今为止仅有零星的水工混凝土湿胀特性试验研究报导,而现有水工混凝土试验规程(SL352-2006,DL/T 5150-2001)建议的无外荷载和恒温(20℃±2℃)条件下的混凝土干缩/湿胀试验,难以合理反映不同内部和外部因素对水工混凝土湿胀应变特性的影响规律。为此,本文设计并开展了水胶比、养护状态、首次浸水龄期、养护温度、试件尺寸和历史应力状态等不同因素影响下水工混凝土湿胀应变特性试验,进而探索构建不同因素影响下水工混凝土湿胀应变模型,挖掘实际混凝土水工程在不同内部和外部因素影响下湿胀应变特性演变规律,供水工混凝土结构应力状态分析评价参考。主要研究内容如下:(1)水胶比因素影响下水工混凝土湿胀特性试验研究。设计开展了水胶比为0.33、0.41、0.50和0.60共计4种不同水胶比因素影响下水工混凝土湿胀特性试验,基于实测应变建立应变统计模型,分离获得4组不同水胶比因素下水工混凝土浸水后湿胀应变,与此同时,基于浸水阶段混凝土试件湿胀应变和含水量资料,计算得到浸水阶段的湿胀系数。研究表明:随着水胶比的增大,浸水后的湿胀应变逐渐减小,且湿胀系数也随之减小;以组合指数表达式为基础,引入水胶比因子,建立了反映水胶比因素的水工混凝土浸水湿胀应变模型;然后结合实验室环境条件下多次干湿循环试验结果,以0.5水胶比的混凝土试件为例,建立了干湿循环应变模型。并采用优化算法辨识了新模型参数,分析表明,新模型的计算值与实测值拟合效果良好。(2)养护状态因素影响下水工混凝土湿胀特性试验研究。设计开展了室内自然裸露、室内密封包裹、标准养护、低温密封包裹共计4种不同养护状态因素影响下水工混凝土湿胀特性试验,并针对浸水前后实测应变建立应变统计模型,分离得到4组试验混凝土浸水后湿胀应变。结果表明:室内自然裸露试件浸水后湿胀应变比室内密封包裹试件大,这是由于浸水前产生较大干缩应变,故室内自然裸露试件浸水后凝胶体吸水较多,产生湿胀应变更大;低温密封包裹试件浸水后湿胀应变比标准养护试件大,这是由于低温导致水泥水化反应被抑制,凝胶体周围孔隙多,浸水后吸水较多,产生湿胀应变更大。(3)首次浸水龄期因素影响下水工混凝土湿胀特性试验研究。设计开展了7、14、28、60和90d共计5种不同首次浸水龄期因素影响下水工混凝土湿胀特性试验,基于实测应变建立应变统计模型,分离获得5组试验混凝土浸水后湿胀应变,并基于浸水阶段混凝土试件湿胀应变和含水量资料,计算得到浸水阶段的湿胀系数。研究表明:当首次浸水龄期小时,湿胀应变趋于稳定的值大;随着首次浸水龄期的增大,湿胀应变逐渐减小;当首次浸水龄期大于28d时,混凝土湿胀应变的稳定值基本不再随首次浸水龄期的增大而变化;另外,不同首次浸水龄期的混凝土湿胀系数变化规律与混凝土湿胀应变规律类似。类比混凝土徐变的变化规律,分别建立了关于首次浸水龄期和浸水持续时间的8参数和分数阶湿胀应变模型,结合实测应变,采用优化算法辨识了新模型参数,分析表明,新模型的计算值与实测值拟合效果良好。(4)养护温度因素影响下水工混凝土湿胀特性试验研究。设计开展了5℃、20℃、40℃共计3种不同养护温度因素影响下水工混凝土湿胀特性试验,并针对浸水后实测应变建立应变统计模型,分离得到3组试验混凝土浸水后湿胀应变,并基于浸水阶段混凝土试件湿胀应变和含水量资料,计算得到其浸水阶段湿胀系数。结果表明:随着养护温度的升高,其浸水后湿胀应变逐渐增大,湿胀系数也随之增大;基于组合指数表达式,引入养护温度因素影响下湿胀系数因子,建立了反映养护温度因素的水工混凝土湿胀应变模型,拟合效果良好。(5)试件尺寸因素影响下水工混凝土湿胀特性试验研究。设计开展了100mm×100mm×500mm、150mm×150mm×500mm、200mm×200mm×500mm共计3种不同试件尺寸因素影响下水工混凝土湿胀特性试验,并针对浸水前实测应变建立应变统计模型,采用扣除法分离得到3组试验混凝土浸水后湿胀应变,并基于浸水阶段混凝土试件湿胀应变和含水量资料,计算得到其浸水阶段湿胀系数。结果表明:随着试件尺寸的增大,其浸水后湿胀应变随之增大,湿胀系数也随之增大;基于组合指数表达式,引入尺寸效应因子,建立了反映试件尺寸因素的水工混凝土湿胀应变模型,并采用优化算法辨识了新模型参数,分析表明,新模型能较好地反映试件尺寸因素对湿胀应变的影响。(6)历史应力状态因素影响下水工混凝土湿胀特性试验研究。首先设计开展了单轴拉伸和单轴压缩加卸载徐变试验,然后以卸载后的拉伸徐变试件、压缩徐变试件和补偿试件开展浸水湿胀特性试验,最后通过建立实测应变统计模型,分离获得3组试验混凝土浸水后湿胀应变,并基于浸水阶段混凝土试件湿胀应变和含水量资料,计算得到浸水阶段湿胀系数。结果表明:拉伸与压缩徐变试件浸水后湿胀应变相差较小,且拉伸徐变试件略大,而补偿试件浸水后湿胀应变仅为前2者的1/2左右,浸水后湿胀系数规律与之类似。
【图文】：

图 2.1 可拆卸钢制模具 图 2.2 振动台(a)搅拌机主体 (b)控制器图 2.3 搅拌机1.2 养护设备根据《水工混凝土试验规程》（SL 252-2006）[49]中要求：标准养护室温度应0℃±5℃，相对湿度 95％以上，故配备有标准养护室；同时还有非标准养护设控温湿度养护箱。其中，标准养护室采用江苏无锡华南实验仪器有限公司生 BYS-II 型标养室温湿自控仪来控制养护室内温湿度，确保室内处于恒温恒具体见图 2.4；可控温湿度养护箱为荣盛实验仪器厂生产 HWS-350 型恒温恒

图 2.1 可拆卸钢制模具 图 2.2 振动台(a)搅拌机主体 (b)控制器图 2.3 搅拌机1.2 养护设备根据《水工混凝土试验规程》（SL 252-2006）[49]中要求：标准养护室温度应0℃±5℃，相对湿度 95％以上，故配备有标准养护室；同时还有非标准养护设控温湿度养护箱。其中，标准养护室采用江苏无锡华南实验仪器有限公司生 BYS-II 型标养室温湿自控仪来控制养护室内温湿度，，确保室内处于恒温恒具体见图 2.4；可控温湿度养护箱为荣盛实验仪器厂生产 HWS-350 型恒温恒
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV431

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本文编号：2675975