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随着自密实高性能混凝土在实际工程中的大力发展和推广应用,在实现其普通混凝土无法比拟的优越性能的同时,自密实高性能混凝土的早期收缩开裂问题也已成为不容忽视且亟待解决的问题。随着低水胶比和掺细矿物掺合料高性能混凝土的广泛应用,混凝土开裂的敏感性和收缩问题的严重性也在加大,高性能混凝土的裂缝出现呈现越来越早的趋势。
与普通混凝土相比,自密实高性能混凝土具有以下特点:水胶比较小,胶凝材料的相对含量较高；掺入高活性高细度矿物掺合料,粗集料的最大粒径小；水泥水化快;水泥石结构密实,总孔隙率降低,毛细孔细化,界面过渡区不明显。这些特点使得其体积稳定性与普通混凝土有所不同。突出的区别主要有:自收缩大,并且主要发生在早期；温度收缩大,且温度收缩出现的时间提前；干燥收缩相对来说较小,但是其实测值并不小。由此可见,干燥收缩、温度收缩和自收缩是引起自密实高性能混凝土早期收缩开裂的主要因素,这对自密实高性能混凝土的抗裂性极为不利。本文主要针对自密实高性能混凝土早期收缩变形进行了试验研究和理论分析,主要研究内容和成果如下:
根据已有的参考资料及对自密实混凝土特性的了解以及有关试验结论提出基于性能的自密实混凝土配合比设计准则及方法,从而将自密实混凝土配合比设计方法从“强度设计”过渡到“性能设计”。采用全计算法对自密实混凝土配合比进行计算,并对所配自密实混凝土的工作性能进行测试,对自密实混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量进行测试和分析,通过回归分析,建立自密实混凝土立方体抗压强度随龄期的变化规律、劈裂抗拉强度以及弹性模量与立方体抗压强度之间的关系公式。
对各种收缩的定义进行分析和总结,并对国内外关于收缩的现有测试方法进行了总结和分析,利用电位器式传感器LVDT的高精度以及高稳定性,设计了早龄期混凝土自收缩测试系统,测试可以从混凝土初凝之后即开始。通过对传统仪器的改进,以及自动化采集技术的应用,从而实现了对混凝土收缩变形行为分阶段全过程的试验研究,为测试数据的可靠性和准确性提供充分的保障。
试验研究了自密实混凝土早期干燥收缩变形的发展规律及及粉煤灰掺量、减水剂种类、钢筋约束、湿度对混凝土早期干燥收缩的影响规律,从宏观上建立自密实高性能混凝土干燥收缩表达式。利用混凝土自收缩测试系统试验研究了自密实混凝土早期(主要是7d前)自收缩发展规律及水胶比、粉煤灰掺量、减水剂种类、钢筋约束、纤维种类及掺量对混凝土早期自收缩的影响并建立自密实高性能混凝土早期自收缩的表达式。采用混凝土试件内预埋热电偶的方法试验研究了自密实混凝土早期温度收缩发展规律及粉煤灰掺量和水胶比对温度收缩的影响。并探讨了通过早期养护、掺入矿物掺合料、掺入外加剂及掺入纤维的方法抑制自密实混凝土收缩的措施。
利用先进的混凝土内部孔隙组织分析仪和材料内部孔隙分布测定仪及相关设备研究自密实混凝土微观孔结构。依据孔结构测试结果,从微观角度分析自密实高性能混凝土收缩机理及影响因素,定性分析微观孔结构和宏观收缩的相关关系；基于毛细管张力理论对自密实混凝土早期自收缩进行预测,通过对自密实混凝土早期干缩数据进行回归分析,建立自密实混凝土干燥收缩变形的估算公式,并通过试验值与模型预测值的对比,验证了模型的有效性。
在试验基础上,借助有限元分析软件ABAQUS,采用顺序耦合分析方法,研究了温度场、温度应力涉及的理论及其计算方法,利用ABAQUS的二次开发接口,编译用户子程序HETVAL和USDFLD,实现水泥的水化热和混凝土弹性模量随龄期的变化并考虑自密实混凝土早期自收缩的影响,分析模拟自密实混凝土内各点的收缩应力变化趋势。
针对目前对于自密实混凝土的研究主要集中在配合比优化、混凝土基本力学性能等方面,而对于配筋后结构的力学性能如钢筋锚固性能、结构的变形性能以及抗震性能等缺乏比较系统的研究这一现状。本文通过梁的正截面弯曲试验和柱的伪静力试验研究了自密实混凝土的结构性能。通过梁的弯曲试验对自密实混凝土梁的破坏特征、特征参数、延性性能等进行了研究并和普通混凝土进行了对比。通过柱的伪静力试验对自密实混凝土柱的破坏形态、特征荷载、延性性能、滞回特性、骨架曲线、刚度退化和耗能能力进行了研究并和普通混凝土进行了对比,给出了自密实混凝土柱的恢复力模型和极限承载力计算模型,并对试验模型的承载力进行了计算,计算结果与试验结果符合较好。