基于应力准则的高性能混凝土塑性收缩开裂机制

塑性阶段的收缩开裂是推广应用HPC的重大技术难题，其开裂机制是首当解决的关键科学问题。课题以塑性阶段的HPC为研究对象，抽取其成型初始体系组成的典型物理、化学特征，构建快速干燥条件下基于单轴约束试验的HPC塑性收缩开裂综合评价体系，定量表征HPC水分蒸发、孔隙负压演变和毛细管网络结构形成，阐明其塑性收缩开裂微观驱动力和宏观抗力的增长机制，定量描述其弹性模量、徐变松驰、收缩应力和收缩开裂的发展规律。在试验研究的基础之上，结合理论分析，最终阐明HPC塑性收缩开裂的机制，建立基于应力准则的塑性收缩开裂理论模型，提出基于孔隙负压测试的塑性收缩开裂预测方法,为HPC早期裂缝控制提供理论依据。

本项目基于毛细管负压测试技术，从塑性收缩微观驱动力和宏观抗力两个方面开展研究，建立了基于应力准则的水泥基材料塑性收缩开裂理论模型。项目所取得的主要进展如下：（1）集成毛细管负压测试系统、非接触激光位移传感器、塑性抗拉强度测试装置、约束开裂试验装置等相关测试技术，开发了半自动数字化裂缝测量系统，建立了早龄期水泥基材料塑性开裂综合试验方法；（2）定量表征了水泥基材料在塑性阶段的体系状态及关键物理、化学参数：在毛细孔负压低于70kPa范围内，体系蒸发速率恒定、液相连续且饱和度接近100%；水和水泥颗粒的初始动态接触角在55±4°，且随水化进行而逐渐降低，最终稳定在22±1°；（3）系统研究了水胶比、胶砂比、矿物掺合料和化学外加剂等因素对塑性抗拉强度的影响，揭示了塑性抗拉强度的增长规律：在毛细管负压达到20kPa之前，塑性抗拉强度随毛细管负压的增加而显著增加；在毛细管负压为20-70kPa范围内，塑性抗拉强度趋于稳定（15-30kPa）；（4）基于理想堆积体系中液相的有效作用力，实现了塑性抗拉强度的理论计算；通过理论计算值和试验值的综合比较，在充分考虑实际体系缺陷的基础上，建立了塑性抗拉强度和毛细管负压之间的本构关系；（5）系统研究了水泥基材料在塑性阶段水分蒸发、毛细管负压、塑性沉降和横向塑性收缩之间的关系，构建了基于毛细管负压的两阶段塑性收缩模型；（6）在线弹性理论基础上，建立了基于应力准则的水泥基材料塑性收缩开裂的理论模型，提出了临界毛细管负压的预测方法，并通过实验对模型进行了验证。