基于孔结构模型的混凝土干缩变形理论分析.pdfVIP

第29卷第l0期 华 中 科 技 大 学 学 报 29 No lO 200】年 10爿 J．Huazhong Univ of Sci．＆ Fech Oct 2001 基于孔结构模型的混凝土干缩变形理论分析 万在龙 袁 勇 章勇武 (同济大学建筑_Y-程系) (重庆渝东高速，^＼路，^＼司) 摘要：根据混凝土多孔材料的特性，基于孔结构模型的假设，依据毛细管张力理论，初步完成了混凝土早龄期 干缩变形的理论分析，并综合考虑了水灰比、环境和养护等多方面因素的影响．同时，采用三维有限元和有限 差分的方法，基于混凝土内部湿度场分布的计算，建立了相关的计算模型，井通过与其他学者的实验结果的对 比分析．来验证该模型的正确性 关 键 词：混凝土；干缩；孔结构模型；有限元 中图分类号：1ul 文献标识码：A 文章编号：1000 8616(2001)10-0090—03 由于混凝土材料自身的非均匀性，以及干缩 1．2 干缩变形的微观机理 变形的复杂性，国内外进行了大量的关于干缩变 干缩变形的机理极为复杂，从热力学角度出 形机理的研究工作，并建立了相应的理论模 发，假如不考虑固体毛细管壁对于水分子的吸附 型ll- ，而其中又以毛细管张力理论的应用范围 作用，可认为气相中水蒸气的偏压与界面曲率存 较为广泛 本研究主要根据混凝土多孔材料的特 在以下联系，描述为以下的Kelvin方程： 性，基于孔结构模型的假设，依据毛细管张力理 lnh=In(P ／P,o)=l一27Mw／(R c_)一 s， 沦，来进行混凝土干缩变形的理论分析，并综台考 式中， 表示水蒸气的偏压； 为饱和水蒸气的 虑材料配台比、环境湿度变化以及养护条件差异 偏压； ／pv0即等于相对湿度h；Mw为水分子质 等多方面因素的影响 同时，还采用有限元和有限 量；R为气体常数； 为液体水表面张拉常数；T 差分的方法，建立混凝土内部湿度场的扩散模型 为绝对温度；而pL表示液体水的密度；rs为界面 和混凝土干缩变形的三维实体计算模型，然后将 曲率半径，这里假设半径小于r 的孔隙中完全充 其运用于实验数据的理论分析，以验证该模型的 满液体水． 正确性 毛细管张力理论认为孔隙中液相和气相之间 的压力差将导致拉应力的产生【 ，该拉应力作用 1 机理分析 于孔壁，从而引起混凝土的收缩变形 而作为单位 体积内平均效应，其取决于张力的大小和作用的 1 1 孔结构理论 范围 因此，可认为毛细管拉应力可由下式计算得 混凝土是一种典型的多孔介质材料，其孔隙 出： = 27A s／rs， 分布错综复杂．而对于干缩变形的理论分析，需要 s 选择台适的计算模型来拟台混凝土内部孔结构的 式中．以代表毛细管拉应力；A 为范围系数，出于 分布情况．出于简化计算的考虑，假定其孔隙结构 简化考虑，可用单位体积混凝土的含水量来表达， 密度分布为V(r)=V 1 exp( B )]，式中， A 二VL 孔隙半径r定义为一半的孔壁间；V 是单位体积 此处毛细管拉应力因为其产生机制，显