荷载/碳化共同作用下混凝土高温力学性能演化及细观损伤机理研究

The building concrete material under service is subjected to the combined effects of load, carbonization corrosion and high temperature in the fire. It is very important to study the damage problem of the concrete under the complicated factors. The project aims to the research on the mechanical evolution and damage mechanism of concrete at high temperature under the actions of load and carbonation. The effects of loading level, load type and carbonization depth on the failure mode, tensile strength, flexural strength and deformation of concrete are analyzed. Based on the decomposition of cement matrix, the pore structure evolution, the micro-hardness changes at the interface between cement matrix and aggregates, the thermal cracking initiation, accumulation, expansion and instability laws in concrete during the high temperature damage are studied. The damage factors and transient strain characteristics of the concrete under the condition of load/ carbonization are analyzed from the full-field strain at high temperature. The relationship between the meso-damage and macroscopic mechanical properties is discussed for the full comprehension of the damage mechanism of concrete under the conditions of load/ carbonization at high temperature.

服役建筑物的混凝土材料在火灾中要经受使用荷载、碳化腐蚀和高温热力场的共同作用，研究复杂因素作用下混凝土材料的损伤失效问题对实际工程具有重要意义。本项目聚焦于荷载/碳化共同作用下混凝土高温力学性能演化规律及损伤机理的研究。开展荷载/碳化混凝土宏观和微观高温损伤性能实验，分析加载水平、种类、碳化深度对混凝土高温失效破坏模式、抗压、弯曲强度、变形衰减演化的影响规律；基于水泥基体物相分解、孔结构演变、水泥基体及骨料界面的微观硬度变化情况，研究混凝土在损伤过程中热裂纹的萌生、累积、扩展和失稳规律。通过荷载/碳化作用下混凝土细观尺度上连续的全场高温损伤应变分布，分析混凝土破坏模式和瞬态应变特点，建立基于细观应变的损伤因子，分析高温诱导下材料细观损伤和宏观力学性能退化的关联机制，探讨荷载/碳化复杂服役条件下的混凝土高温损伤机理。

服役建筑物的混凝土材料在火灾中要经受使用荷载、碳化腐蚀和高温热力场的共同作用，研究复杂因素作用下混凝土材料的损伤失效问题对实际工程具有重要意义。本项目探究高温作用后玄武岩纤维混凝土力学性能损伤规律，基于高温后强度和变形性能指标评价玄武岩纤维混凝土耐高温性能；基于数字图像相关技术获得的水平应变定义的损伤因子，研究玄武岩纤维混凝土高温后破坏规律，基于三点弯曲切口梁断裂过程的全场应变，分析温后玄武岩纤维混凝土的断裂性能和弯曲韧性。通过对不同碳化龄期的混凝土试件进行高温试验，分析碳化高温后混凝土力学性能衰减机理，建立基于碳化高温后混凝土质量损失率的抗压及抗折强度经验计算公式；通过 XRD 物相分析和 TG-DSC 的综合热分析法研究了碳化高温后混凝土氢氧化钙、碳酸钙含量变化规律，采用压汞测孔方法分析碳化高温后混凝土孔隙结构特征、 孔径分布演化规律，探讨不同碳化时间和温度对混凝土抗压强度的影响机理。采用数字图像相关技术对持续荷载和温度作用下混凝土单轴压缩过程中的变形场进行测试，分析持续荷载作用下混凝土在高温持荷和压缩破坏阶段的变形演化特征，从细观上解释持续荷载对混凝土高温变形的影响机理。同时，基于单轴压缩试验获得的峰值应力、弹性模量、峰值应变和应力应变曲线，探究持续荷载对混凝土高温力学性能的影响规律，建立了高温和持续荷载作用下混凝土损伤本构模型。通过对达到碳化龄期混凝土试件进行持荷高温试验，同时结合数字图像相关技术测试其在高温环境下的变形场，研究荷载与碳化共同作用对混凝土自由热膨胀应变、高温瞬态蠕变应变以及高温中的轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变、应力-应变曲线等的影响规律，并建立了荷载与碳化共同作用混凝土高温损伤本构模型。项目研究成果可为际服役状态下混凝土结构的抗火性能评估提供试验和理论参考。