干湿循环环境下现代混凝土性能衰变机理

干湿循环服役环境是混凝土结构最典型、最严酷、最容易引发混凝土耐久性问题的外部环境。工程实践表明，混凝土结构在干湿循环下破坏的主要形式是初期的结构表面有限条数的宏观裂缝的形成和后期有害介质沿裂缝渗入引发二次化学反应，致使破坏模式逐渐发展成面层混凝土剥离、脱落、钢筋外露。鉴于此，本项目拟从研究现代混凝土干湿循环环境下失水收缩和吸水肿胀的内因- - 水分含量出发，通过研究水分变化与体积变形的关系，建立能够统一描述失水收缩和吸水肿胀的物理模型。通过同时测定干湿循环下混凝土试件的自由变形和内部湿度变化，深入研究混凝土干湿循环条件下的变形规律，揭示其变形产生的内部机制，为建立统一的缩胀预测模型提供理论依据。同时本研究还将建立干湿循环下混凝土水分变化预测计算模型和相应的收缩、湿胀应力计算模型，并分析干湿循环参数、混凝土强度等级对胀缩应力的影响。以期实现干湿循环环境下混凝土结构表层开裂的预测、预防与控制。

工程实践表明，混凝土结构开裂大多是由非荷载因素，即结构内温度及水分变化引发的混凝土体积膨胀或收缩，约束条件下导致结构内拉应力大于材料抗拉强度所致。水既是水泥水化的必需物质，同时也和多数混凝土性能的衰退过程相关联。而导致混凝土内部水分发生剧烈变化的外部环境最典型的是干燥与湿润交替的环境，即通常所说的干湿循环环境。因此，混凝土结构在干湿循环下服役的环境通常被认为是最典型、最严酷、最容易引发混凝土耐久性问题的外部环境。本项目针对干湿循环环境下混凝土性能衰退研究中存在的问题，在申请人已完成的“现代混凝土材料自身收缩与干燥收缩一体化研究”基础上，将研究范围由混凝土单调干燥扩展到干湿循环，研究干湿循环环境下混凝土的变形及其引发的内应力问题。研究从混凝土干湿循环环境下失水收缩和吸水肿胀的内因—“水分含量”出发，通过研究水分变化与体积变形的关系，建立了能够统一描述失水收缩和吸水肿胀的物理分析模型；通过测定混凝土试件的自由变形和内部湿度、温度变化，揭示其变形产生的内部机制；在此基础上，建立了干湿循环下混凝土结构水分变化预测计算模型和相应的收缩应力计算模型，研究了干湿循环参数、混凝土强度等级对胀缩应力的影响。与此同时，开展了现代混凝土自身与干燥收缩调控研究，提出了以预吸水多孔陶粒与面层永久性纤维水泥模板为技术基础的普通与高强混凝土收缩调控措施，大幅度降低了中低强度混凝土干燥收缩的致裂风险和高强、超高强混凝土自身收缩的致裂风险。通过对本项目研究结果总结，共发表各类文章19篇，其中SCI期刊论文13篇，EI期刊论文6篇。