结构混凝土早期考虑微结构状态影响的本构模型研究

结构混凝土的早期本构模型是其早期性能研究的重要课题。基于对水化过程中材料基本性能的认识，人们采用连续介质力学在宏观层次上构建了结构混凝土的早期本构模型；与此同时，连续介质微观力学的发展为分析材料微观结构状态对宏观本构关系的影响提供了新的途径。.本项目申请针对结构混凝土早期水化温升、自收缩和力的作用过程，拟基于连续介质微观力学和对材料水化过程中微观结构演化的分析，发展自收缩变形的多尺度模型；进而将经多尺度分析所得出的自收缩变形引入结构混凝土的早期本构关系，建立和实现能考虑结构混凝土微观结构状态影响的本构模型。.项目研究旨在更为精细地描述结构混凝土早期性能的形成规律，为探明结构混凝土早期行为的演化特征和分析混凝土结构的工程性能提供依据和基础。

针对地下工程中现浇混凝土结构早期裂缝控制的工程难题，项目研究以结构混凝土的早期本构模型为研究方向。主要研究内容包括：1）发展“连续基”水化模型，探讨混凝土组分在水化和微结构形成过程中的作用机理；2）基于“水化度”机制描述结构混凝土的早期特性，基于连续介质力学和热力学基本定律构建结构混凝土的早期本构模型，并基于多尺度方法探讨混凝土微结构及其宏观性能的关联；3）结合在建港珠澳大桥沉管隧道工程，对沉管隧道结构早期性能发展的控制参数进行敏感性分析，研究控制沉管隧道施工裂缝的工程措施。. 项目研究的重要结果包括：.（1）明确了惰性填料的水化作用机制，创建了添加惰性材料后混凝土水化进程中微结构的演化模型。明确了石灰石填料降低混凝土水化放热的作用机理及其对混凝土耐久性能的影响，为重大工程混凝土配比的选取提供了理论依据。.（2）创建了结构混凝土基于水化度的早期本构模型，建立了跨越材料微结构和刚度及热变形性能的分析模型；为分析现浇混凝土结构的早期性能提供了坚实的基础。.（3）创建了“工厂法”沉管隧道早期性能的分析模型，分析了沉管隧道早期性能的演化特征和控制其早期裂缝的技术措施。探明了混凝土配比、浇筑温度和环境温度是沉管结构早期裂缝的控制性参数；建议了综合混凝土早期性能和耐久性能的配比选取原则，并提出了同时控制入模温度和养护温度的“双控”策略和相应的技术应对措施，为保障“工厂法”沉管隧道的施工质量提供了技术支撑。. 项目研究成果包括出版专著1部，发表或录用SCI收录论文3篇，投稿SCI检索期刊论文4篇，在国内期刊上发表或录用论文5篇，在国际会议上发表论文6篇，申请受理发明专利3项、实用新型专利1项，部分研究成果被正在制定的工程建设国家标准《隧道工程沉管法施工与质量验收规范》所采用。. 项目研究为探索混凝土早期性能演化过程中的物理－化学机制提供了从微观到宏观尺度范围认识复杂问题本源的新思路和技术手段，实现了从结构材料到混凝土结构早期性能的跨越，为现浇混凝土结构早期性能的控制提供了理论依据，为保障地下工程的建设质量提供了技术支撑。