一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法
2023-06-29 20:24:16 1
一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法
【專利摘要】本發明公開了一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法，屬於水泥基材料【技術領域】。本發明的混凝土為水泥淨漿、砂、石三相材料組成的複合材料，研究混凝土中的組分材料如水泥淨漿與砂、石的相關性能對混凝土熱膨脹係數的影響，以及溫度變化時，水泥淨漿與砂、石之間的相互作用及變形特點對混凝土熱膨脹係數的影響，根據水泥淨漿、砂、石的熱膨脹係數、體積分數及體積模量預測混凝土的熱膨脹係數，建立混凝土熱膨脹係數的預測模型。本發明考慮了混凝土的組分材料及相對組成對混凝土熱膨脹係數的影響，可根據組分材料的熱膨脹係數、體積分數和體積模量，方便準確的預測混凝土的熱膨脹係數。
【專利說明】一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法，屬於水泥基材料技術領 域。
【背景技術】
[0002] 熱膨脹係數是混凝土的主要熱物理特性參數之一，也是其體積穩定性的重要表徵 參數。在實際工程中，由於水化熱引起的溫度變形是導致混凝土結構開裂的主要原因之一， 尤其是對於大體積混凝土結構。熱膨脹係數直接決定了溫度變形的大小，解決混凝土溫度 開裂問題的關鍵之一就是熱膨脹係數的確定。
[0003]目前對於混凝土熱膨脹係數的取值，通常近似採用固定值，而實際上混凝土的熱 膨脹係數受到多種因素影響，如配合比、粗、細骨料種類等。對不同工況下混凝土熱膨脹系 數的研究，現階段多通過試驗方法進行，但混凝土熱膨脹係數測試所需試驗儀器專業性強， 試驗操作過程複雜，試驗費用較高，而且試驗結果還受到原材料、配合比、環境條件及試驗 人員操作技術等影響，往往得到的熱膨脹係數離散性較大，推廣性不夠。因此，探索一種既 實用又合理的混凝土熱膨脹係數預測模型，對於控制混凝土結構溫度開裂及進行開裂評價 具有重要意義。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題在於克服現有技術所存在的不足，本發明提供了一種 混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法，基於細觀角度，研究混凝土不同組分材料的性能 及彼此之間相互作用對混凝土熱膨脹係數的影響，根據混凝土組分材料的各性能參數直接 預測混凝土的熱膨脹係數，為混凝土結構溫度裂縫的控制提供可靠參數。
[0005] 為解決上述問題，本發明具體採用以下技術方案：
[0006] 一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法，其特徵在於：包括以下步驟，
[0007] 步驟（A)，建立混凝土熱膨脹係數的混合律模型：
[0008] 混凝土的溫度變化時，忽略水泥淨漿和砂、石之間的相互作用，各相均獨立變形， 根據混合律模型計算混凝土的熱膨脹係數，
[0009] a cl = a cpfcp+ a sfs+ a gfg (1)
[0010] 式（1)中，a 為按混合律模型計算出的混凝土的熱膨脹係數，a ep、a s、a g分別 為水泥淨漿、砂和石的熱膨脹係數，fcp> fs和fg分別為水泥淨漿、砂和石在混凝土中所佔的 體積分數；
[0011] 步驟（B)、建立混凝土熱膨脹係數的Turner模型：
[0012] 混凝土的溫度變化時，水泥淨漿與砂、石承受均勻的靜水應力並呈均勻變形，根據 Turner模型計算混凝土的熱膨脹係數， 「 ?acpfq>Kcp +aJlKs+agfgKg m、
[0013] α..7=^^1-^............... ￡.....................^..............⑵ f , + fK, + fKy J (-p ip J a s J g g
[0014] 式（2)中，α。2為按Turner模型計算出的混凝土的熱膨脹係數，Kep、Ks和K g分別 為水泥淨漿、砂和石的體積模量；
[0015] 步驟（C)、建立混凝土熱膨脹係數的預測模型：
[0016] 實際中混凝土的組分材料水泥淨漿與砂、石之間存在相互作用，且變形相互約束， 介於步驟（A)、(B)所述兩種情況之間，以步驟（A)、(B)中所述的兩種模型為基礎，建立混凝 土熱膨脹係數的預測模型，如下，
[0017] a c = λ ： a cl+ λ 2 a c2 (3)
[0018]即ac=h{^cpfcp + a丄 + ajz)+V.......-: _ (4) JcpK,p ^JgKg
[0019] 式（3)和式（4)中，α。為預測得到的混凝土的熱膨脹係數，λ。λ 2為組合係數， 且λ 1+ λ 2 = 1，λ i和λ 2分別表示按混合律模型和Turner模型計算的混凝土熱膨脹係數 對預測的實際情況下混凝土的熱膨脹係數的貢獻程度。
[0020] 前述的一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法，其特徵在於：混凝土為水泥 淨漿、砂、石組成的三相複合材料。
[0021] 前述的一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法，其特徵在於：步驟（C)中，水 泥淨漿與砂、石之間存在相互作用且變形相互約束，組合係數分別取λ:= λ2 = 0.5，混凝 土的熱膨脹係數按下式直接預測得到，
[0022] % =0.5(^4 +ajs +agfg)+05·^^.......? ⑶ J cp cp j Λ Λ j g g
[0023] 該混凝土熱膨脹係數的預測模型綜合考慮了混凝土中水泥淨漿的熱膨脹係數、砂 的熱膨脹係數、石的熱膨脹係數、水泥淨漿的體積模量、砂的體積模量、石的體積模量、水泥 淨漿的體積分數、砂的體積分數以及石的體積分數對混凝土熱膨脹係數的影響，並綜合考 慮了水泥淨漿和砂、石之間的相互作用及相互變形約束對混凝土熱膨脹係數的影響。
[0024] 本發明的有益效果：本發明提供的一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法， 其中混凝土為由水泥淨漿和砂、石組成的三相複合材料，考慮了水泥淨漿與砂、石之間的相 互作用及變形約束對混凝土的熱膨脹係數的影響，根據水泥淨漿和砂、石的熱膨脹係數、體 積分數及體積模量，即可預測得到混凝土的熱膨脹係數。本發明從細觀層次出發，研究水泥 淨漿與砂、石的性能、彼此之間的相互作用及變形特點對混凝土熱膨脹係數的影響，建立一 種既實用經濟又能正確預測混凝土熱膨脹係數的計算模型，通過本發明方法，可以比較方 便的得到混凝土的熱膨脹係數，而不需要通過測試裝置進行測試，大大節約了試驗所用的 時間、人力和物力，節約了資金投入，且預測結果可靠，有利於推廣應用。
【具體實施方式】
[0025] 以下對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0026] 本發明的模型構建方法按照以下步驟進行，且混凝土為水泥淨漿和砂、石組成的 三相複合材料，在此基礎上執行以下步驟：
[0027] 步驟（A)，建立混凝土熱膨脹係數的混合律模型：
[0028] 混凝土的溫度變化時，假設一種理想狀態，忽略水泥淨漿和砂、石之間的相互作 用，且認為各相均獨立變形，根據混合律模型計算混凝土的熱膨脹係數，
[0029] a cl = a cpfcp+ a sfs+ a gfg (1)
[0030] 式（1)中，a 為按混合律模型計算出的混凝土的熱膨脹係數，α a s、a g分別 為水泥淨漿、砂和石的熱膨脹係數，fcp> fs和fg分別為水泥淨漿、砂和石在混凝土中所佔的 體積分數；
[0031] 步驟（B)、建立混凝土熱膨脹係數的Turner模型：
[0032] 混凝土的溫度變化時，假設理想狀態為，水泥淨漿與砂、石承受均勻的靜水應力並 呈均勻變形，根據Turner模型計算混凝土的熱膨脹係數，
[0033] ?￡Ζ = ^mm 古,mm, mm,^m··^mm ^ ^ JcjAq, +JgKg
[0034] 式（2)中，α。2為按Turner模型計算出的混凝土的熱膨脹係數，Kep、Ks和K g分別 為水泥淨漿、砂和石的體積模量；
[0035] 步驟（C)、建立混凝土熱膨脹係數的預測模型：
[0036] 實際中混凝土的組分材料水泥淨漿與砂、石之間存在相互作用，且變形相互約束， 介於步驟（A)、(B)所述兩種情況之間，以步驟（A)、(B)中所述的兩種模型為基礎，建立混凝 土熱膨脹係數的預測模型，如下，
[0037] a c = λ ! a cl+ λ 2 a c2 (3) ,/ . . ，αΗΧβΚ +aJ]Ks ^afK
[0038] gp ac +asfs +agfg)+L· -'^；；s(4)
[0039] 式⑶和式⑷中，a。為預測得到的混凝土的熱膨脹係數，λ ρ λ 2為組合係數， 且λ 1+ λ 2 = 1，λ i和λ 2分別表示按混合律模型和Turner模型計算的混凝土熱膨脹係數 對預測的實際情況下混凝土的熱膨脹係數的貢獻程度。
[0040] 一般，水泥淨漿與砂、石之間存在相互作用且變形相互約束，組合係數分別取入i =λ2 = 0.5，因此步驟（C)中混凝土的熱膨脹係數按下式直接預測得到， / , , \ . a aU Λ-?, ?Κ, + ci.t /"Α
[0041 ] ar = 0.5 a, L· +β f + a.，f\) + 0,5 * cp. (5) l wr ?」 e \ fp< f fp ^·- ^ / f W \ -f W \ 4' kr +Λ^ι +ΛΛ^
[0042] 該混凝土的熱膨脹係數預測模型綜合考慮了混凝土中水泥淨漿的熱膨脹係數、砂 的熱膨脹係數、石的熱膨脹係數、水泥淨漿的體積模量、砂的體積模量、石的體積模量、水泥 淨漿的體積分數、砂的體積分數及石的體積分數對混凝土熱膨脹係數的影響，並結合實際 情況綜合考慮水泥淨漿和砂、石之間的相互作用及變形特點對混凝土熱膨脹係數的影響， 更貼合於實際應用情況。
[0043] 為了驗證本發明的預測效果，進行了以下試驗驗證：
[0044] 試驗米用自製裝置進行。試件尺寸為lOOmmX lOOmmX 500mm,燒築完畢後迅速將 試件搬入標準養護室內進行養護，養護至28天時測量熱膨脹係數。水泥採用普通矽酸鹽 水泥，砂採用河砂，石採用花崗巖，質量配合比（水：水泥：砂：石）為0.48:1:1. 37:2. 54， 各組分的密度取常用數值，分別為1000kg/m3(水)、3150kg/m3(水泥）、1400kg/m 3(砂)、 2640kg/m3(石），體積分數根據質量與密度的比值換算得到。水泥淨漿、河砂、花崗巖及混 凝土的熱膨脹係數均通過試驗測得，分別為14.6X10_6/°C、7.5X10_6/°C、6.2X10_ 6/°C、
【權利要求】
1. 一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法，其特徵在於：包括以下步驟， 步驟（A)，建立混凝土熱膨脹係數的混合律模型： 混凝土的溫度變化時，忽略水泥淨漿和砂、石之間的相互作用，各相均獨立變形，根據 混合律模型計算混凝土的熱膨脹係數， α cl = α cpfcp+ αsfs+ α gfg (1) 式⑴中，為按混合律模型計算出的混凝土的熱膨脹係數，αφ、as、別為水 泥淨漿、砂和石的熱膨脹係數，fcp> fs和fg分別為水泥淨漿、砂和石在混凝土中所佔的體積 分數； 步驟（B)、建立混凝土熱膨脹係數的Turner模型： 混凝土的溫度變化時，水泥淨漿與砂、石承受均勻的靜水應力並呈均勻變形，根據 Turner模型計算混凝土的熱膨脹係數， ^ 'P 、J、 ' ^ (?) 、鑛 / fJ^fsK,fgKs 式⑵中，0。2為按1\1111虹模型計算出的混凝土的熱膨脹係數，1(。1)、1(3和1( 8分別為水 泥淨漿、砂和石的體積模量； 步驟（C)、建立混凝土熱膨脹係數的預測模型： 實際中混凝土的組分材料水泥淨漿與砂、石之間存在相互作用，且變形相互約束，介於 步驟㈧、⑶所述兩種情況之間，以步驟㈧、⑶中所述的兩種模型為基礎，建立混凝土熱 膨脹係數的預測模型，如下， Q c = λ 1 Q cl+ λ 2 Q c2 (3) 曰η Γ/ - 1 f ] fy f ] η f ^ ι 1 αψ·^ν^<-ρ +ai.fs^-s +agfg^g f λ\ 即 ?, - ψ(ρ?ψ + α,Λ + aJg )+α7--ΤΙ^?Τκ^+Τκ--) -/ i 'p Cp j Λ' Λ' J g g 式⑶和式⑷中，α。為預測得到的混凝土的熱膨脹係數，λ。λ 2為組合係數，且 λ 1+ λ 2 = 1，λ i和λ 2分別表示按混合律模型和Turner模型計算的混凝土熱膨脹係數對 預測的實際情況下混凝土熱膨脹係數的貢獻程度。
2.根據權利要求1所述的一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法，其特徵在於： 混凝土為水泥淨漿、砂、石組成的三相複合材料。
3.根據權利要求1所述的一種混凝土熱膨脹係數預測模型的構建方法，其特徵在於： 步驟（C)中，水泥淨漿與砂、石之間存在相互作用且變形相互約束，組合係數分別取= λ 2 = 0. 5，混凝土的熱膨脹係數按下式直接預測得到， n ri r r r \ η ? +asJs^x + ^ j K ac =0.5 a / +a f +ajv +0.5--------廣 ' L (5)
【文檔編號】G01N25/16GK104050387SQ201410304857
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】曹秀麗 申請人:南京工程學院