论文题目：掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变特性及其评价
摘要：高强混凝土比普通混凝土更容易发生早期开裂,其体积变形是引起早期开裂的重要原因。拉伸徐变是混凝土早期体积变形的的重要组成部分,因此早龄期混凝土拉伸徐变是混凝土早期开裂预测和控制研究的重要内容和基础,在理论和实践上均具有重要意义。加入掺合料（如粉煤灰、矿渣粉（本文简称矿粉））是改善高强混凝土早期抗裂性能既经济又有效的方法。在约束条件下,高强混凝土的早期开裂风险与其内部应力发展、体积变化发展、结构中的约束形式、约束程度以及混凝土早期弹性模量、极限拉伸强度、拉伸徐变等性能的发展与变化密切相关。徐变会改变高强混凝土内部的应力分布,缓解约束条件下混凝土内部拉应力的发展,对降低高强混凝土早期开裂风险发挥重要作用。本文以掺合料高强混凝土（C50）为研究对象,以不同掺合料（粉煤灰、矿粉）与掺合料掺量水平（包括不含掺合料的对照组-Ref.,10%粉煤灰-FA10,20%粉煤灰-FA20,30%粉煤灰-FA30,50%矿粉-BS50,20%粉煤灰+25%矿粉-FA20BS25）、不同荷载水平（应力强度比为0.2、0.3、0.4）、不同加载龄期（1d、2d、3d、5d、7d）为实验参数,通过实验研究掺合料净浆早龄期拉伸弹性模量发展及掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变特性;分析用现有拉伸徐变模型来预测评价掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变的适用性;在ZC模型中引入掺合料因子以探寻掺合料对早龄期拉伸徐变的影响规律,并引用第三方实验结果进行验证分析。就本文研究范围,可归纳得到以下主要结论:（1）与对照组相比,掺合料高强混凝土的拉伸弹性模量在早龄期有所下降,反映其拉伸刚度下降,柔度上升,抗变形能力增强;净浆的拉伸弹性模量随龄期发展与混凝土并不一致,混凝土拉伸弹性模量明显大于净浆对应同龄期拉伸弹性模量,是其净浆拉伸弹性模量的一倍以上。（2）粉煤灰高强混凝土的水化温升相对于对照组明显降低;矿粉高强混凝土水化温升较对照组高,并且达到温峰的龄期也比对照组早。粉煤灰高强混凝土28d龄期自收缩量值较对照组降低20%以上,但自收缩量值减小并非随粉煤灰掺量的增加而单调增加。矿粉的掺加也降低了高强混凝土的自收缩,但效果没有粉煤灰显著。（3）随着粉煤灰掺量增加,其对高强混凝土早龄期拉伸徐变的影响增大。加载龄期为1d、2d时,粉煤灰掺量10%时可以有效发挥“微集料效应”,对掺合料高强混凝土早龄期徐变起到抑制作用。矿粉对高强混凝土早龄期拉伸徐变有削弱作用。初始加载龄期对高强混凝土拉伸徐变值影响显著。加载初期的拉伸徐变发展较快,在加载持荷的前3d发生的拉伸徐变达到持荷28 d的拉伸徐变值一半以上。对照组初始加载龄期为3 d持荷至28d的拉伸徐变值是初始加载龄期为1d时的71%,初始加载龄期为7 d时则为37%。这种现象掺粉煤灰各组则更加明显,随着粉煤灰掺量的增加,这种趋势得到增强。矿粉组也存在类似规律。（4）掺合料高强混凝土的早龄期拉伸徐变并非是所有加载龄期均符合―Davis-Glanvile‖的线性法则。实验结果表明徐变的―Davis-Glanvile‖线性法则在无掺合料高强混凝土中仍然适用。掺合料高强混凝土早龄期的拉伸徐变也在一定龄期后表现出线性徐变特征,但呈现线性特征的加载龄期较无掺合料混凝土推迟,且加载龄期越迟,其线性特征越明显,这种加载龄期的影响随掺合料掺量的增加表现的越显著。（5）持荷早期阶段的混凝土表现出加载龄期越早,拉伸徐变速率越大的趋势,拉伸徐变速率随持荷龄期呈幂函数下降;进入持荷中期,徐变速率渐趋稳定,呈指数函数下降;进入持荷后期,徐变速率基本稳定,各实验组的徐变速率值差异不大。掺合料对拉伸徐变速率的影响表现为:初始加载龄期越早,影响越显著。粉煤灰掺量越高,拉伸徐变速率越大。与对照组相比较,掺合料对混凝土拉伸徐变速率的影响随着持荷时段的延长逐步衰减:持荷早期时段影响最显著,持荷中期时段影响减小,持荷后期时段影响可以忽略。（6）对比分析FA30早龄期拉伸徐变实验值与六种徐变模型预测值,结果表明:BP-2、B-3、MC2010、ACI209R、GL2000这五个徐变模型用于预测评价加载龄期7 d前的早龄期拉伸徐变并不合适,对于掺合料高强混凝土的早龄期拉伸徐变预测也不合适。而ZC模型从赋予模型参数的物理化学意义出发,考虑了水泥石组分物性随龄期的变化,在模型建立的机理上得到改进,在确定模型参数数值时有了明确的指向,用于预测评价掺合料高强混凝土的早龄期拉伸徐变有较大的优势。加载龄期1d、2d、3d时,ZC模型预测计算值与实验观测值吻合度较好,其他五种模型预测值与实验值的偏差较大;加载龄期5 d、7d时ZC、GL2000这两个模型的预测计算值与实验观测值之比约为0.8,预测均偏小,而ACI2009R模型预测值与实验观测值之比更接近1.0,预测较精确。综合比较而言,ZC更适用于FA30混凝土早龄期拉伸徐变的预测评价。（7）掺粉煤灰时,修正ZC模型中掺和料因子q’与加载龄期呈线性相关,并随粉煤灰掺量增加,相关性趋于更紧密;而掺入矿粉时,线性关系消失,并趋于指数函数关系。修正ZC模型的参数MC（?,t 0）随加载龄期很好地遵循指数函数递减规律,而参数Cg（?,t 0）随加载龄期却有较好的线性递减规律。参数?与加载龄期的关系规律与参数MC（?,t 0）有点类似,显示出指数函数的递减关系,但与指数函数的相关性没有参数MC（?,t 0）强。掺和料对参数E H/EV的影响非常显著,且粉煤灰的影响大于矿粉。对照组的参数E H/EV与加载龄期成良好的线性关系;掺和料加入后,参数E H/EV与加载龄期呈幂函数关系。（8）修正ZC模型预测值与第三方徐变实验值的对比结果显示,不同粉煤灰掺量的徐变模型预测值相对于实验值有93%测点的偏差在15%以内,表现出较好地适用性。
关键词：高强混凝土;早龄期;拉伸徐变;掺合料;拉伸徐变模型
学科专业：材料化工
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第1章 绪论
1.1 高强混凝土早龄期体积变化与徐变
1.1.1 高强混凝土早龄期体积变化
1.1.2 高强混凝土早龄期的时变应变组成
1.2 掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变国内外研究现状与发展动态
1.2.1 国内外研究现状
1.2.2 国内外发展动态
1.3 本文研究目的与内容
1.3.1 本文研究内容、目的和意义
1.3.2 本文研究技术路线
1.3.3 本文内容提纲要点
1.3.4 本文各章内容框架
第2章 高强混凝土早龄期拉伸徐变影响因素
2.1 引言
2.2 高强混凝土早龄期徐变
2.2.1 徐变应变与收缩应变
2.2.2 影响徐变的主要因素
2.3 评价高强混凝土早龄期拉伸徐变特性的参数与指标
2.3.1 混凝土弹性模量/劈裂弹性模量
2.3.2 加载龄期
2.3.3 应力强度比
2.3.4 比徐变与徐变系数
2.3.5 徐变速率
2.3.6 徐变柔度函数
2.4 混凝土早龄期微结构演变对徐变的影响
2.4.1 胶凝材料水化反应与微结构演变
2.4.2 混凝土早期微结构演变与强度发展对徐变的影响
2.4.3 混凝土早期微结构演变与弹性模量发展对徐变的影响
2.4.4 混凝土内部湿度变化对徐变的影响
2.4.5 混凝土内部微结构内应力状态对徐变的影响
2.5 本章小节
第3章 掺合料高强混凝土及其浆体拉伸弹性模量的早龄期时变特性
3.1 引言
3.2 掺合料高强混凝土净浆拉伸弹性模量的早龄期时变特征
3.2.1 理想复合材料拉伸弹性模量的理论假设
3.2.2 原材料及掺合料微观形貌特征
3.2.3 配合比
3.2.4 实验方法与环境条件
3.2.5 结果与分析
3.3 掺合料高强混凝土拉伸弹性模量早龄期时变
3.3.1 掺合料高强混凝土拉伸弹性模量
3.3.2 掺合料净浆与掺合料高强混凝土拉伸弹性模量早期时变对比
3.4 掺合料高强混凝土浆体早期微观结构演变对其浆体拉伸弹性模量的影响
3.5 本章小节
第4章 掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变特征的实验研究
4.1 引言
4.2 掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变的实验方法
4.2.1 原材料
4.2.2 早龄期拉伸徐变测量系统的设计与测量实验
4.2.3 掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变实验参数的设定
4.3 掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变
4.3.1 与拉伸徐变相关力学指标及混凝土内部温度的经时变化
4.3.2 掺合料高强混凝土的自收缩
4.3.3 对照组的拉伸基本徐变
4.3.4 掺合料对拉伸徐变的影响
4.4 掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变特征
4.4.1 应力水平对线性徐变特征的影响
4.4.2 初始加载龄期的影响
4.4.3 徐变速率
4.5 本章小结
第5章 高强混凝土早龄期拉伸徐变预测模型的适用性
5.1 引言
5.2 徐变的流变学机理与模型分析
5.2.1 徐变的流变学机理
5.2.2 国内外徐变预测模型分析
5.3 基于流变学理论的混凝土徐变预测模型
5.3.1 基于流变学理论的徐变模型基本单元构件
5.3.2 微预应力-固结理论的徐变模型构建
5.4 拉伸徐变ZC模型构建与应用
5.4.1 ZC模型的构建
5.4.2 赋予物理意含义的模型参数
5.5 各徐变模型对早龄期掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变的适用性分析
5.5.1 与拉伸徐变相关的掺粉煤灰高强混凝土实验基本参数与力学性能指标
5.5.2 各徐变模型参数的确定
5.5.3 各拉伸徐变模型预测值与实验值的比较分析
5.5.4 各拉伸徐变模型预测评价掺合料混凝土拉伸比徐变的精度分析
5.6 本章小节
第6章 掺合料高强混凝土早龄期拉伸徐变预测与评价
6.1 引言
6.2 含掺合料因子的高强混凝土早龄期拉伸徐变模型
6.2.1 含掺合料因子的拉伸徐变模型构建
6.2.2 模型参数及掺合料因子赋值分析
6.3 修正ZC徐变模型中模型参数及掺合料因子的非线性回归分析
6.3.1 修正ZC徐变模型中参数赋值
6.3.2 加载龄期对修正ZC模型参数的影响
6.4 早龄期拉伸徐变修正ZC模型预测的验证
6.4.1 既有文献中的第三方实验参数与实验结果
6.4.2 修正ZC模型对第三方徐变实验的预测评价
6.5 本章小节
第7章 结论与展望
7.1 主要研究结论
7.2 本文创新点
7.3 本文局限性与未来工作展望
7.3.1 本文局限性分析
7.3.2 未来工作展望
致谢
参考文献
1 作者简历
3 参与的科研项目及获奖情况
3.1 参与的科研项目
3.2 获奖情况
4 发明专利
5 软件著作权