【摘 要】
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低热水泥,因其具有水化热低、综合抗裂性好、耐久性优良等优势被广泛应用于我国混凝土大坝的建设之中,如乌东德混凝土拱坝,坝址区位于干热河谷地带,复杂变化的温度环境会改变混凝土早龄期的热学性能,增加混凝土坝温度开裂的风险。因此,开展温度对低热水泥混凝土早龄期热学性能的影响及发展规律研究对大坝混凝土温控防裂以及提高耐久性具有重要的理论和工程实践意义。本文以乌东德大坝实际温度历程为背景,开展了不同养护温度(
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低热水泥,因其具有水化热低、综合抗裂性好、耐久性优良等优势被广泛应用于我国混凝土大坝的建设之中,如乌东德混凝土拱坝,坝址区位于干热河谷地带,复杂变化的温度环境会改变混凝土早龄期的热学性能,增加混凝土坝温度开裂的风险。因此,开展温度对低热水泥混凝土早龄期热学性能的影响及发展规律研究对大坝混凝土温控防裂以及提高耐久性具有重要的理论和工程实践意义。本文以乌东德大坝实际温度历程为背景,开展了不同养护温度(20℃、30℃、40℃)和水胶比(0.35、0.45、0.55)条件下低热水泥早龄期热学性能试验研究,基于细观层次建立了考虑温度效应的低热水泥多尺度热学参数预测模型;利用该模型进行了低热水泥多尺度热传导数值分析,在此基础上探讨了不同因素对低热水泥混凝土热传导的影响,为低热水泥混凝土传热机理进一步研究提供了理论支撑。论文的主要研究内容及成果如下:(1)采用溶解热法开展了低热水泥水化热试验研究,结果表明高温养护提高了低热水泥净浆的水化放热量以及前期水化放热速率;低热水泥后期水化放热量及放热速率受水胶比影响较大,水胶比越大,水化放热量和放热速率越大。采用双曲线水化放热模型计算得到了低热水泥各龄期的水化度,发现标准养护下水化程度较高温养护存在明显的“滞后效应”。(2)基于瞬态平面热源法开展了低热水泥砂浆热学参数试验研究,发现低热水泥砂浆导热系数随着养护温度的增加呈现先增加后降低的趋势,随着水胶比增加则一直下降。比热容与养护温度成反比,与水胶比成正比。根据阿伦尼乌斯公式计算得到了不同养护温度下低热水泥的水化反应速率,发现30℃、40℃养护下水化反应速率相较于标准养护分别提高了37.2%和58.7%,从而抑制了热学参数的发展。(3)建立了考虑温度效应的低热水泥热学参数半经验模型。将低热水泥混凝土划分为净浆、砂浆以及混凝土三种尺度,根据Maxwell模型推导建立了不同尺度的热学参数预测模型,并通过与文献值对比分析验证了模型的准确性,相对误差在10%以内,发现低热水泥混凝土热学参数随着水化度的增加呈现先增加后降低的趋势,比热容随着水化度的增加呈现线性降低的趋势。(4)使用蒙特卡洛随机骨料投放方法建立了低热水泥混凝土多尺度细观几何模型,使用COMSOL数值仿真软件分析了低热水泥混凝土多尺度热传导行为。在此基础上,探讨了养护温度、水胶比以及骨料体积分数对热传导的影响。结果表明,热传导距离和传导速率随着养护温度和骨料体积分数的增大而增大,随着水胶比的增大而减小;热传导路径受到粗骨料的影响会发生明显的偏折现象,骨料体积分数和温度梯度越大,偏折现象越明显。
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