水泥混凝土路面板早龄期固化演变行为与影响机制研究

项目针对路面板早龄期固化演变行为与影响机制开展了系统研究。具体工作包括：路面混凝土早龄期热膨胀系数、干缩、徐变、损伤、断裂等材料参数特性与本构；编制完成了路面板三维早龄期行为有限元仿真程序；构造了早龄期路面板理论参数系，研究了路面板早龄期固化演变行为与参数性状特性；提出早龄期-服役期联动分析方法，编制早龄期-服役期联合力学计算程序；深入揭示了早龄期多参数耦合和共同作用对路面板服役期性能的影响机制，并进行了理论的工程应用。基于以上完成了项目研究计划内容，达到了预期目标。 取得的主要创新成果有：（1）集成开发了全面板三维早龄期翘曲有限元数值仿真程序（FZUJPESⅡ），该程序可考虑温湿度变形、徐变松弛以及面板-基层的摩擦接触界面、接缝约束等，可描述面板早龄期翘曲形成演化典型特征。编制了早龄期、服役期联合加载力学仿真程序FZUJPEMec，可实现早龄期多参数共同作用的早龄期-服役期联动分析。（2）提出全面板多点布置竖向设置振弦式应变传感器监测竖向位移的高精度测量方法，首次获得面板早龄期三维翘曲完整渐变演化过程，发现早龄期翘曲马鞍形中间态和不对称产生机制。（3）基于三维仿真程序（FZUJPESⅡ）研究了路面板早龄期固化性状，揭示了路面板早龄期行为状态阶段，构造了“28天固化翘曲”、 “固化基准性状”等基准性状参数，揭示了环境温湿度加载历史、混凝土材料与结构组合对路面板早龄期性状的影响机制。（4）基于早期-服役期联合力学仿真分析程序，揭示了施工气候环境、结构形式、混凝土材料等因素与车辆-环境共同作用对路面服役性能的影响机制，并成功进行了工程应用，提出了基于早龄期理论的材料、设计、施工优化技术理论和方法，为刚性路面设计施工改善提供了支持。 项目累计培养硕士、博士研究生12名，发表论文6篇，研究成果成功应用于水泥混凝土路面板加铺改建、极重载路面结构设计、道面板状态与断板诊断等多个领域，理论价值显著。 2100433B

近年研究发现早龄期行为对刚性路面服役性能有显著影响，考虑早龄期作用可更深入地关注施工、环境和材料特性对路面力学行为和性能的影响，并能以早龄期参数为纽带，实现环境-材料-施工-结构影响一体化考虑和早期-服役期联动过程观察，极具理论和应用价值。但目前该领域早龄期三维性状和参数耦合演化关系研究缺失，导致理论机制不能深入揭示并且应用受限。鉴于此，项目拟重点针对路面板结构三维早龄期固化演变行为以及影响机制涉及的关键分析技术、理论机制以及工程应用问题进行系统研究。通过路面结构早龄期行为三维数值模拟仿真实现，结合室内试验和现场足尺板试验，深入揭示三维路面结构早龄期性状的复杂固化、演变机制；然后基于三维性状机制研究构造参数系、明晰多参数耦合关系，引入动力学和断裂力学拓展早期－服役期联动分析方法，进而深入开展多参数耦合共同作用影响机制研究。最后将研究成果与我国工程实践对接，实现对我国路面技术的革新支持。

快速水化的核心混凝土在很早龄期就开始与钢管协同承受荷载，体现钢管混凝土早龄期徐变区别其他结构的特点。早龄期徐变使钢管混凝土应力分布和变形具有显著的动态性和复杂性。为合理计算钢管混凝土初始应力和变形，对早龄期徐变进行研究是必要的。 本项目对钢管混凝土早龄期徐变开展试验和理论研究。1）进行了早龄期加载的核心混凝土强度和弹性模量发展的试验研究，并基于可压缩堆积模型，考虑了早龄期混凝土水化特点和加载影响，引入水化动力学和能量守恒条件，建立了核心混凝土强度和弹性模量发展的计算模型，通过与现有模型比较，模型能够较好地反映早龄期加载混凝土的特点。通过研究发现，钢管混凝土早龄期加载时，核心混凝土应力级别接近50%，这将产生材料非线性。2）开展早龄期混凝土徐变试验，考虑由于损伤导致的混凝土徐变非线性，应用声发射测试方法，确定了非线性增量与声发射撞击数之间存在一一对应的关系，基于粘弹塑性理论，建立早龄期混凝土的非线性徐变模型。3）开展钢管混凝土早龄期徐变试验研究，在钢管混凝土基本受力模型中引入早龄期徐变模型，计算结果与试验数据吻合良好，证明了该方法的适用性。研究表明，早龄期加载的钢管混凝土中，钢管和混凝土之间存在着复杂的应力重分布现象；过早加载龄期（<1天）将导致钢管混凝土徐变大幅增加，其量值接近素混凝土徐变。4）应用上述方法进行了钢管混凝土拱桥的早龄期徐变分析，并对两座钢管混凝土拱桥在施工期的变形进行了监测，并给出了随着施工进展拱肋变形增加的依时性规律。 通过本项目的研究，验证了钢管混凝土早龄期徐变对结构具有重要的影响，在结构分析中，应考虑早龄期加载的特点，不能简单采用现有的徐变模型进行分析，这将导致不安全的后果。项目完成了预定的研究目标和工作内容，已发表学术论文3篇（其中SCI论文2篇，均为II区），投稿论文5篇（均为SCI检索期刊）。 2100433B

快速水化的核心混凝土在很早龄期就开始与钢管协同承受荷载，体现钢管混凝土早龄期徐变区别其他结构的特点。早龄期徐变使钢管混凝土应力分布和变形具有显著的动态性和复杂性。为合理计算钢管混凝土初始应力和变形，对早龄期徐变进行研究是必要的。.本项目对钢管混凝土早龄期徐变开展试验和理论研究。应力状态下早龄期核心混凝土强度和弹性模量发展对分析早龄期钢管混凝土力学性能非常重要，故开展试验并应用可压缩堆积模型建立计算方法。在此基础上，应用水化动力学和粘弹性理论建立核心混凝土早龄期徐变模型。通过确定钢管与核心混凝土弹性模量比时程曲线，解决弹性理论对早龄期混凝土不适用的难题，结合试验，建立钢管混凝土早龄期徐变计算方法。进行钢管混凝土压弯构件早龄期徐变试验，分析早龄期徐变对钢管混凝土应力分布和变形的影响。最后，探讨徐变在早龄期与标准龄期计算上的统一性。项目立题新颖，创新性强，理论研究难度大。申请人前期工作基础扎实。

研究内容：研究不同掺合料对早龄期混凝土力学性能影响基础上进行微观性能研究，用材料的微观特性揭示宏观力学特性；进行早龄混凝土电特性试验研究并与力学性能有机地结合起来，建立广义的早龄期混凝土强度理论体系。研究意义：研究成果将把早龄期混凝土理论研究提到一个新的高度并为混凝土工程的早期质量监测提出有效的方法并带来社会及经济效益。 2100433B