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混凝土中毛细吸水过程的理论及试验研究

李淑红  
【摘要】:在实际工程中的混凝土结构经常遭受荷载和环境等因素的作用,如拉、压加载,环境作用产生的干缩、冻融循环等。这些因素的作用会引起混凝土的开裂和内部损伤。此时,如果按照实验室中针对无损伤混凝土的结论进行结构设计,必然会造成结构偏于不安全。通常认为,荷载作用下混凝土内部微裂缝的产生或贯通,是引起混凝土性能劣化的重要因素。水作为侵蚀性介质迁移进入材料内部的载体,是造成混凝土材料性能劣化和引起结构耐久性不足的主要原因。而毛细吸水是水分在非饱和混凝土材料中的主要传输方式,其驱动力为总势能梯度。本文的研究内容之一是建立能够考虑重力影响的混凝土水分毛细传输过程的理论模型及其求解方法;研究内容之二是通过试验分析荷载及荷载水平对混凝土毛细吸水速度的影响规律。具体开展的工作及结论如下: (1)系统性总结了混凝土中毛细吸水的理论模型及研究进展,论述了不考虑重力作用影响的毛细吸水理论在土壤及多孔建筑材料中的应用;介绍了毛细吸水理论描述中常用的两个参数,即描述毛细水渗透高度的毛细管系数和描述毛细吸水速度的吸水率;指明了毛细吸水在混凝土结构耐久性研究中的重要性。 (2)基于考虑重力作用的毛细吸水理论模型,给出了该理论模型的近似解析解求解方法及数值方法的求解结果,并将结果与已有的未考虑重力作用的试验结果进行对比。证明了重力作用对毛细吸水过程的影响随时间增长而变大。 (3)通过试验研究了荷载损伤对混凝土对毛细吸水过程的影响规律。采用持载、反复加载及两种情况组合的加载方式,对混凝土试块分别在轴向压力和轴向拉力下,加载至三个设计荷载水平70%、80%、90%后卸载,将卸载后的试块切割至指定尺寸后,在改进后的累积吸水量测试装置中进行毛细吸水试验。通过对累积吸水量曲线两个线性段的拟合分析得到了不同荷载水平下混凝土的初始和后期吸水率;根据混凝土的吸水率和孔隙率,得到了不考虑重力作用时混凝土试件内部的水分分布规律。将荷载损伤试件的试验结果与未加载试件对应的试验结果进行比较发现,当荷载水平高于70%时,试块的吸水率、总吸水量及水分传输前沿位置均有所提高,约为未加载情况的两倍。同时发现荷载水平与吸水率和水分传输前沿之间并非单调递增的关系。


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