收缩变形是影响混凝土结构长期服役性能的重要因素之一,有关收缩变形的研究已取得了较为丰富的成果,但是,目前缺乏准确、可靠的混凝土内部湿度实时监测方法,而且对混凝土收缩变形机理的认识仍待进一步明确。一般认为由于水分迁移引起的湿度梯度是收缩变形的内在动力,在体表比等条件相同时,截面形状的不同将直接影响到水分迁移及混凝土内部的湿度梯度,其收缩变形也有较大的差异。而在现有预测模型中,多以体表比或者截面有效厚度来表征截面尺寸对收缩变形的影响,仅有B3模型考虑了截面形状的影响,但只给出了圆形、板等几种特定形状的截面形状影响系数ks。基于此,本文力图探索一种新型的基于压电的混凝土相对湿度监测方法;然后试验研究了截面形状不同引起的水分迁移路径的不同对收缩变形的影响,并对B3模型中的截面形状影响系数进行了修正;最后深入探讨了混凝土的收缩变形机理。具体研究工作包括以下几个方面:对压电片进行了防水和防电磁干扰封装,置于水中的12 h内,其幅值和波速基本保持不变,说明封装后压电片的稳定性良好。将其用于水泥早期水化监测,发现其幅值随时间变化可以分为三个阶段:1~3 h内缓慢减小,3~7.5h内快速增大,7.5 h后逐渐趋于稳定。将封装好的压电片成对埋入水泥净浆中制作了36种工况的压电传感器,借助于主动监测系统,讨论了压电片距离、净浆水胶比、引气剂掺量和激励频率对监测信号幅值的影响。研究结果表明:压电片距离越近、水胶比越小、引气剂掺量越接近合理掺量范围,传感器接收到的信号幅值越大,而激励频率对信号幅值的影响没有统一的规律。依次改变环境相对湿度,根据不同相对湿度下的监测信号,绘制了幅值—湿度曲线,发现监测信号幅值随着相对湿度上升而单调下降,因此,可以以传感器信号幅值为监测指标,来衡量环境相对湿度的变化。以截面形状的不同来代表混凝土内部水分迁移路径的变化,设计了有效厚度一致,截面形状不同的5组共15个混凝土试件,从圆柱形试件扩展到墙体试件,试验探究了水分迁移路径对收缩变形的影响,并分析了现有预测模型在预测收缩变形方面的适用性,在引入“平均迁移半径”的基础上,基于B3模型对其截面影响系数进行了修正,并用修正后的B3模型预测结果与原B3模型的预测结果、试验结果进行了对比分析。研究结果表明:有效厚度一致,截面形状不同的试件,其收缩变形存在较大差异,修正后的截面影响系数能较好的考虑截面形状对收缩变形发展的影响。浇筑了3个混凝土试件,在不同深度处埋入湿度传感器,测得了相应深度处的湿度随龄期的变化曲线和试件的收缩变形发展曲线,讨论分析了试件收缩变形与湿度之间的线性关系,并在此线性关系基础上,分析了不同截面形状的混凝土试件的内部湿度与修正后的截面形状影响系数之间的对应关系。结果表明:混凝土截面上湿度和温度分布不均匀,越靠近表面,湿度和温度越小,即混凝土不同深度处存在一定的湿度梯度和温度梯度;此外,有效厚度一样,截面形状不同的各试件内部湿度与其对应的截面形状影响系数具有一定的正相关关系,新定义的截面形状影响系数Ks越大,截面上的相对湿度越大,水分迁移量越少,收缩变形越小。