基础设施互联互通是“一带一路”建设的优先发展领域,由于“一带一路”跨越国家多地区广,自然气候、地形地质、经济文化等方面具有多样性、复杂性和不确定性等特点,沿线国家气候变化对基础设施的影响应作为基础设施建设中考虑的重要问题。环境温度变化影响水泥的水化作用速度和各项性能发展水平,细观组成的不均匀性使得混凝土的强度和变形更加复杂,变化幅度和性能指标离散性增大,且随着时间和环境条件的变化,混凝土材料的热、力学性能也会发生变化。因此,围绕环境温度对混凝土热、力学性能的影响和发展规律等关键问题开展相应研究工作,对“一带一路”基础设施建设具有非常重要的理论指导和现实意义。论文以甘肃省兰州地区的气温统计资料为例,基于宏观、细观层次,从全过程(浇筑-养护-成熟)的角度,围绕复杂环境温度下混凝土热、力学性能演化规律及影响机理这一关键科学问题开展室内试验和数值模拟研究。通过力学试验分析环境温度对混凝土强度形成的影响,建立考虑温度因素的混凝土强度数学模型;利用工业CT扫描仪,从细观层次揭示不同温度、龄期、荷载时混凝土内部结构的演化和强度发展的特点,再应用MatchID软件和计算机图形学原理的算法将不同时刻的CT扫描切片图像转换为位移、应变云图,揭示混凝土试件内部结构的受力变形规律;通过混凝土绝热温升试验,运用反演分析手段获得各组成材料的热学参数,深入研究了热学参数对其内部温度时空分布的影响规律。论文的主要研究内容及成果如下:(1)根据甘肃省兰州市多年气温过程实测数据,概化为3个典型的混凝土养护温度历程环境,将混凝土立方体试件分别在这三种温度历程环境下养护;利用MTS万能试验机进行多个特征龄期(1d、3d、7d、14d、28d)的单轴压缩试验,研究试件受力变形过程及破坏形态;根据试验结果,分析养护温度对混凝土力学性能的影响规律,研究温度历程环境与混凝土强度成长过程的关系,建立基于等效龄期概念并考虑温度效应的混凝土抗压强度预测模型。(2)利用工业CT扫描仪分别对在概化的温度历程环境下养护和标准环境养护的混凝土试件进行扫描,根据CT扫描图像结果,进行混凝土试样的三维重构以及孔隙空间分布、特征的统计,分析环境温度对混凝土成长过程中的微结构影响及其演化过程,揭示温度-内部微结构-抗压强度之间的关系,进一步认识混凝土在复杂的赋存环境温度下的强度演化机理。(3)基于计算机图形学原理并应用MatchID软件对混凝土试件的CT扫描切片图像进行处理,可以较准确地得到混凝土试件在加载压缩试验过程中的位移场与应变场,为探究混凝土内部变形过程探索了一条途径;根据该方法得到的混凝土试样全域位移云图和应变云图,深入分析了轴向荷载作用下混凝土内部结构受力、变形、破坏的演化过程,进而剖析了环境温度对混凝土力学性能的影响。(4)开展混凝土绝热温升试验,在试件内部布设多个温度传感器,测试水化过程中试样的内部温度分布及变化过程,以期分析温度的空间梯度与水化程度的关系,并推导了基于水化度概念的混凝土水化热模型;根据测点的实测温度,利用BP方法反演了混凝土材料的热学参数,最后运用有限元软件实现了混凝土内部温度场的精细模拟和验证。(5)以混凝土试件的CT图像为基础,重点考虑骨料、水泥砂浆、界面过渡区和孔隙等微结构,利用三维重构技术建立了相应的三维数值分析模型;运用有限元分析软件分别进行混凝土温度场和单轴压缩过程的数值模拟,并与试验结果相比较,验证建模方法的可行性,为数值模拟方法分析混凝土材料热、力学性能提供了借鉴的思路和途径。