粗集料对超高性能混凝土徐变影响规律和预测模型研究

为满足现代建筑结构超重载、超大跨、超高层、薄壁化和轻量化等需求，具有超高强、高韧、高耐久、高抗爆和高抗电磁干扰等优异性能的超高性能混凝土技术日益受到重视，在建筑、交通、国防等领域具有极为广泛的应用前景。而徐变是混凝土材料本身固有的时变特性，对混凝土构件和结构的受力及长期服役性能有着重大影响。因此，开展超高性能混凝土的徐变发展规律及预测模型研究，对控制结构变形、减少混凝土开裂、提高体积稳定性、延长工程使用寿命等具有重要科学意义和工程应用价值。 本文结合国家重点基金项目“生态纳米超高性能混凝土的制备与应用基础”和国家青年基金项目“粗集料对超高性能混凝土徐变影响规律和预测模型研究”，从原材料、混凝土强度、加载龄期、应力水平等方面对超高性能混凝土的徐变发展规律、作用机理和预测模型进行研究，构建考虑混凝土组成、强度和龄期等因素的预测模型，为超高性能混凝土的性能设计与结构优化提供理论依据和技术指导。 本文的主要结论是：1、超高性能混凝土徐变随持荷时间延长而增长，早期徐变度较大，后期增长率降低，大部分徐变可在加载后的2~3个月内完成。加载龄期越早，混凝土徐变度越大，增加混凝土试件加载前的养护龄期可提高混凝土水化程度，有利于抑制混凝土徐变。但即便是早龄期加载，超高性能混凝土徐变度仍低于普通混凝土28d加载徐变度，超高性能混凝土可在早龄期受荷，以加快施工进度。2、掺加超细钢纤维能够抑制超高性能混凝土徐变的发展，但纤维掺量过多时，其抑制徐变的能力不增反降，此时混凝土内部缺陷是徐变发展的主要因素。3、降低水胶比能抑制混凝土徐变的发展，在不同水胶比超高性能混凝土中，水的运动是徐变发生的主导因素。但强度相同的超高性能混凝土，其徐变度有可能相差很大。4、掺粗骨料的超高性能混凝土徐变明显小于不掺粗骨料的混凝土，可有效抑制超高性能混凝土徐变的发展，但粗集料最大粒径对超高性能混凝土徐变无显著影响。5、现有的徐变预测模型均高估了超高性能混凝土的早龄期加载徐变值。通过引入强度/弹模协同发展系数和力学性能综合影响系数，对现有徐变模型进行修正，可建立适用于超高性能混凝土早龄期加载的徐变预测模型。而以弹性模量推导的混凝土抗压强度理论计算值替代混凝土实测抗压强度值，建立超高性能混凝土的修正徐变预测模型，对于单掺超细钢纤维、单掺粗集料、以及复掺钢纤维和粗集料的超高性能混凝土均有良好的适用性. 2100433B

超高性能混凝土因具有超高强、高韧、高耐久、高抗爆等优异性能而在建筑、交通、国防等领域具有极广泛的应用前景。为尽早形成相关结构设计规范以推动超高性能混凝土的发展和应用，迫切需要对其徐变特性进行研究。项目以粗集料为切入点，从宏观、细观、微观三个尺度研究粗集料自身特性、粗集料与基体协调性、以及两相之间差异随时间变化对超高性能混凝土徐变发展的影响规律，提出细观界面相材料参数的简化计算方法，建立考虑粗集料因素的适用于超高性能混凝土的徐变预测模型，为超高性能混凝土的材料设计与结构优化提供理论依据和技术指导。

由于对工程结构物的性能有较大影响，徐变一直以来都是混凝土结构与材料研究的重点和难点课题之一。但由于徐变的复杂性，国内外尚未对其产生机理达成共识，特别是从微观尺度上的研究十分有限。考虑到影响混凝土宏观性能的机理大都发生在微米、纳米级别上，本项目从微观本源上探究徐变发生机理，在此基础上建立预测模型。.本项目拟从下述方面展开研究：a）纳米尺度上C-S-H凝胶体徐变的直接测量及分析方法；b）材料、环境、荷载变量对C-S-H凝胶体徐变行为的影响规律；c）以C-S-H凝胶体为最小单元的多级徐变预测模型。.本项目的研究成果将为进一步研究其他类型混凝土的徐变行为提供理论基础及先行研究方法；对探索从周期短的微观试验研究来推知大型结构物长期服务性能的研究方式具有重要意义；为铁路、公路桥梁设计规范中桥梁变形、预应力损失等的相关计算参数修订提供指导。

本项目旨在研究高精度雷管取代普通毫秒雷管实行毫秒级精确延时起爆，及其对控制爆破震动、改善爆破质量及提高生产效率等方面所带来的影响。采用理论研究、模型试验、数值模拟和工程实践研究相结合的手段，对精确延时条件下控制爆破作用进行了分析，主要的研究结论如下： （1）基于地震波传播过程中能量的变化，自由面的形成，弹性波能量理论出发给出了毫秒延时间隔时间设定计算公式；讨论了毫秒延时间隔对岩石破碎的影响，合理设定毫秒延时间隔时间利于应力波能量的充分利用，同时改善岩石破碎效果；解释了毫秒延时间隔时间对爆破振动频率的影响，通过合理设计毫秒延时间隔时间可以有效地改变爆破振动频谱特性；建立了精确延时条件下逐孔起爆的爆破振动峰值预测模型，通过预测模型可以给出爆破振动峰值增加和减小的区域，根据不同毫秒延时间隔时间预测模型，合理设定毫秒延时间隔有利于降低爆破振动。 （2）通过模型试验结果分析表明：精确延时对于降低爆破振动和改善岩石破碎效果方面具有特有优势。同时合理设计孔间延时间隔，可以实现降低爆破振动，在试验中所采用的爆破参数情况下，其合理孔间延时间隔为12ms。排间短毫秒延时利于岩石的破碎，若排间毫秒延时间隔时间过大对岩石破碎效果具有一定影响。 （3）数值模拟结果表明：合理设置毫秒延时时间间隔有利于降低爆破振动和改善岩石破碎，在数值模拟中采用的爆破参数情况下，孔间延时间隔12ms时利于降低爆破振动，这和模型试验所得的结论相一致；排间毫秒延时间隔为15ms时，孔间的应力最大，利于岩石破碎。 （4）通过现场工程实践表明：合理的毫秒延时间隔时间设定可以使爆破产生的地震频带能量的分布范围改善，频率丰富性进一步增强有利于降低爆破振动影响；同时精确延时起爆方式改变有利于改善爆堆形态，提高生产效率。 本项目的研究按照任务书要求进行，完成了项目研究的预定目标，并在多个方面取得了创新性成果。 2100433B

施加的应力：对于全部应力值，徐变-应力关系呈非线性；在一般应用的应力范围内，徐变-应力关系近似线性。

水灰比：水灰比越大，水泥石含量及毛细孔数量越多，徐变越大。

养护条件：养护温度提高，基本徐变和干缩徐变都减小。

温度：如在荷载作用期间，混凝土保持在较高的温度下，则其徐变量会增加到超过保持在室温下混凝土的徐变。

湿度：自由水的存在是发生徐变的必然条件。徐变是混凝土中可蒸发水量的函数，当不存在可蒸发水时，徐变为零。

水泥用量与成分

化学外加剂

集料

试件几何形状