轻骨料混凝土湿度扩散试验和模拟研究

【摘要】：随着装配式建筑产业化的推进,轻骨料混凝土也用于结构保温一体化的外墙设计中,但轻骨料混凝土比普通混凝土内部连通孔隙多,孔隙的存在导致轻骨料混凝土内部的湿度传递与普通混凝土势必有所差别,水分含量和湿度场的分布对早龄期混凝土的强度发展、体积变形以及耐久性会产生不利影响。纵观国内外学者,大多研究的是普通混凝土的内部相对湿度变化,而关于轻骨料混凝土内部湿度传输和轻骨料混凝土内部湿度场的相关研究寥寥无几。基于此,为了清楚了解轻骨料混凝土湿度扩散情况和湿度场分布情况,本文设计多方面因素对比试验,测定混凝土各项物理性能参数和相对湿度,对试验结果进行对比分析;同时从Fick第二定律出发,探究轻骨料混凝土湿度扩散情况和湿度场分布情况与时间和空间之间的关系;另外,以理论和试验为基础,通过已建立的轻骨料混凝土湿度扩散模型,采用有限元方法和有限差分方法分别对早龄期(试件拆模即进行试验)和非早龄期(试件拆模后进行28天的养护再进行试验)轻骨料混凝土湿度场进行模拟,使得理论、试验、数值模拟三者互相验证。本文主要完成的工作有以下几点:(1)通过Fick第二定律,在早龄期轻骨料混凝土湿度扩散过程中,加入自干燥作用源项,建立早龄期轻骨料混凝土湿度扩散数学模型;在非早龄期轻骨料混凝土湿度扩散过程中,直接利用经典Fick第二定律,建立非早龄期轻骨料混凝土湿度扩散数学模型。(2)采用碎石型页岩陶粒作为轻粗骨料,制备轻骨料混凝土试件,试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm,其中水灰比为0.35和0.45,粗骨料的堆积密度为900级和500级,粗骨料体积比为40%和20%,均在同一种环境下进行测试,以此探究水灰比、粗骨料密度级别、粗骨料体积比对轻骨料混凝土湿度扩散的影响,并分别拟合出早龄期和非早龄期轻骨料混凝土相对湿度随时间的变化关系式。(3)将早龄期轻骨料混凝土湿度扩散试验得到的混凝土相关参数通过ABAQUS有限元软件中的质量扩散模块进行建模,引入归一化浓度变量,得到混凝土内部归一化浓度随时间和空间变化情况;将非早龄期轻骨料混凝土湿度扩散试验得到的混凝土相关参数代入程序语言,通过MATLAB计算软件进行计算,得到非早龄期轻骨料混凝土内部相对湿度随时间变化情况。通过对比分析,证明模拟值和试验值吻合较好。