早龄期混凝土的实时检测及抗裂机理研究

（1）对持续增长的早龄期混凝土物理、力学特性进行深入、系统地研究基础上，从混凝土材料、结构特征、环境因素、施工控制等过程综合考虑,研究混凝土结构早期裂缝的成因机理、分析方法与控制措施，建立依靠材料性能、力学性能与微观结构特征有机结合起来并能统一各种受力状态的早龄期混凝土裂缝机理、控制理论新体系。（2）从混凝土微观结构出发，研究普通混凝土、高性能混凝土材料成型过程的时变温度场、时变湿度场发展变化;考

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。

限制收缩圆环试验是评估早龄期混凝土抗裂性的主要方法，近年来在国际上已得到广泛的应用，但圆环试件存在约束刚度不足、对不同壁厚混凝土断裂机理不明确等问题。基于此，本项目拟将约束钢环与外围混凝土作为整体研究对象，提出以应力强度因子为参量的裂缝扩展准则，通过能反映湿度分布的虚拟温度场模拟混凝土的收缩，采用虚拟裂缝模型分析混凝土裂缝扩展的全过程，研究早龄期混凝土限制收缩条件下的破坏模式并揭示其断裂机理。同时针对圆环约束不足的问题，通过试验与理论分析研究新型椭圆环试件在限制收缩试验中的应用，探讨椭圆长短轴比、钢环厚度、混凝土壁厚、干燥方式、预制裂缝等因素对限制收缩试验结果的影响。在以上研究的基础上，改进圆环试验方法以适用于不同壁厚混凝土抗裂性评估，推荐应用于限制收缩试验的椭圆环最佳几何尺寸，提出评定混凝土抗裂性能的试验方法，为我国评定早龄期混凝土抗裂标准试验方法提供参考。