實際工程條件下,高性能混凝土早期開裂現(xiàn)象屢見不鮮。早期裂縫的出現(xiàn)降低了混凝土結(jié)構(gòu)使用性能,劣化混凝土工程耐久性,縮短了其使用壽命。為優(yōu)化高性能混凝土結(jié)構(gòu)設計,確保其在實際工程中服役性能及長期耐久性,需深入研究早期開裂現(xiàn)象。結(jié)合早期凝結(jié)硬化、收縮變形、收縮應力、拉伸徐變、彈性模量及抗裂阻力觀測,研究早期開裂機理;建立科學合理的開裂判據(jù),較為準確的進行開裂預測。

    本文應用超聲波無損檢測技術(shù),觀測了通過高性能混凝土漿體的超聲波聲學參數(shù)隨時間發(fā)展變化規(guī)律,并以此為基礎(chǔ)確定高性能混凝土凝結(jié)時間。結(jié)果表明,超聲波主頻出現(xiàn)“跳躍式”增長時刻即為漿體初凝時間,波速由快速增長轉(zhuǎn)為緩慢增長時刻為終凝時間;超聲波法以膠凝材料水化反應進程及漿體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)發(fā)展為標準監(jiān)測凝結(jié)、硬化,反映了漿體凝結(jié)的本質(zhì),較貫入阻力法具有操作上、技術(shù)上優(yōu)勢。

    監(jiān)測了高性能混凝土早期密封條件下內(nèi)部相對濕度變化,結(jié)合成熟度理論、水化程度理論,預測自干燥引發(fā)相對濕度變化;改進早期濕度擴散系數(shù)計算模型,并基于濕度遷移理論,預測單面干燥條件下高性能混凝土早期內(nèi)部相對濕度分布。結(jié)果表明,水灰比、礦物細摻料對自干燥引發(fā)相對濕度變化具有顯著影響作用;自干燥引發(fā)相對濕度變化與水化程度之間呈簡單的線性關(guān)系,可基于此關(guān)系建立自干燥引發(fā)相對濕度變化預測模型,預測結(jié)果與試驗觀測結(jié)果具有較高相關(guān)性; 基于Fick第二定律,結(jié)合自干燥與濕度擴散相互影響作用,預測HPC內(nèi)部相對濕度分布較為合理。應用自行研制非接觸式混凝土收縮變形測試儀,觀測高性能混凝土早期自生收縮、單面干燥條件下收縮應變分布,研究其影響因素;基于毛細管壓力理論,建立早期自生收縮預測模型;基于單面干燥條件下自由收縮與相對濕度線性關(guān)系,建立單面干燥條件下收縮應變分布預測模型。結(jié)果表明,水灰比、礦物細摻料對自生收縮、單面干燥條件下收縮應變分布具有顯著影響作用;水膠比為0.40高性能混凝土,自生收縮預測結(jié)果與試驗觀測結(jié)果吻合性較好;低水灰比混凝土中漿體化學減縮明顯,凝結(jié)過程持續(xù)時間較長,化學減縮對自生收縮貢獻更為顯著,導致毛細水張力預測自生收縮低于實測值;通過收縮應變分布預測結(jié)果與試驗結(jié)果對比,證明受干燥影響區(qū)域存在層間約束;考慮層間約束后,收縮應變分布預測結(jié)果與試驗結(jié)果吻合性較好。

    在觀測高性能混凝土早期彈性模量、劈裂抗拉強度隨齡期發(fā)展基礎(chǔ)上,分析受約束高性能混凝土早期開裂敏感性;應用改進環(huán)向約束試驗,研究高性能混凝土環(huán)向約束條件下收縮應力、應力梯度、拉伸徐變及其影響因素;應用顯微技術(shù),觀測受約束圓環(huán)試件表面、內(nèi)部開裂情況。在上述工作基礎(chǔ)上,綜合分析受高性能混凝土早期開裂趨勢。結(jié)果表明,受約束高性能混凝土具有早期開裂敏感性;養(yǎng)護條件、超塑化劑、水灰比及礦物細摻料對收縮應力具有顯著影響作用;養(yǎng)護條件、水灰比及礦物細摻料對早期徐變性能具有明顯影響作用;降低水灰比、干燥條件作用及硅灰的摻加,增加了受約束高性能混凝土早期開裂趨勢;磨細礦渣的摻入,對受約束高性能混凝土早期開裂趨勢影響不明顯。

    考慮混凝土早期粘彈性能,預測受約束高性能混凝土收縮應力;基于強度理論及能量理論,建立了早期開裂判據(jù),預測受約束高性能混凝土早期開裂齡期。結(jié)果表明,殘余收縮應力被釋放前,考慮早期粘彈性能的收縮應力預測值與試驗觀測值較為接近;基于強度理論、能量理論預測的開裂齡期較試驗觀測結(jié)果有所提前,且相差不大,表明預測方法較為有效;能量理論確定的開裂抗力考慮了原始裂紋對早期開裂的影響作用,更適用于受約束高性能混凝土早期開裂預測,預測結(jié)果偏安全、可靠。