基于化学反应特性的大体积混凝土宏-细观多尺度温度及温度应力仿真关键技术研究及应用

Thermal crack control is one of the key problems in the construction of mass concrete structures. This project intends to explore a new theoretical method to study the development and evolutions of mass concrete temperature and temperature stress from macroscopic multi-scale research. Based on the essential characteristics of the chemical reaction of concrete hydration, the thermo-chemical-mechanical coupling model of concrete in the strength growth process is established. Combined with the coupling model, two kinds of control crack methods commonly used in engineering practice (water cooling and expansion deformation) are studied in this paper. In the end, chemical - thermal - mechanical coupling responses within concrete can be explored from the mesoscopic and macroscopic, respectively. Combined with a multi-scale framework, the mechanism of thermal damage within concrete can be revealed and the safety and reliability of the mass concrete can be evaluated. This project is a deep exploration in the area of study of temperature, thermal stresses and cracking safety assessments for mass concrete structures, which can provide the basic technical support for the key technical problems in mass concrete crack control.

大体积混凝土结构施工期温度裂缝控制问题是困扰大坝建设的关键技术问题之一。本项目拟探索新的理论方法，从宏细观多尺度研究大体积混凝土温度及温度应力发展演化过程。拟从混凝土水化放热的化学反应本质特征出发，建立混凝土强度增长过程的化学-热-力耦合模型；并结合该耦合模型，对工程实践中常用的两种控制裂缝手段（通水冷却和利用膨胀变形），开展新的数值算法理论研究；最后，分别从细观、宏观层次探讨混凝土化学-热-力耦合响应机制，并结合宏细观多尺度连接框架，揭示混凝土的温度破坏机理、评价大体积混凝土工程的安全可靠性。本项目研究是对大体积混凝土结构施工期温度、温度应力、抗裂安全评价等方面研究的深入探索，可为大体积混凝土温控防裂这一关键技术难题提供基础性的技术支撑。

大体积混凝土结构施工期温度裂缝控制问题是困扰大坝建设的关键技术问题之一。本项目探索新的理论方法，从宏细观多尺度研究大体积混凝土温度及温度应力发展演化过程。拟从混凝土水化放热的化学反应本质特征出发，建立混凝土强度增长过程的化学-热-力耦合模型；并结合该耦合模型，对工程实践中常用的两种控制裂缝手段（通水冷却和利用膨胀变形），开展新的数值算法理论研究；最后，分别从细观、宏观层次探讨混凝土化学-热-力耦合响应机制，并结合宏细观多尺度连接框架，揭示混凝土的温度破坏机理、评价大体积混凝土工程的安全可靠性。本项目研究是对大体积混凝土结构施工期温度、温度应力、抗裂安全评价等方面研究的深入探索，可为大体积混凝土温控防裂这一关键技术难题提供基础性的技术支撑，成果已应用于贵州三江水利枢纽工程拱坝计算分析中。项目取得的主要学术成果：第一或通讯作者发表论文3篇，其中SCI论文1篇；申请发明专利4项,授权1项；项目负责人相关研究成果获水利发电学会科学技术一等奖1项。