水泥混凝土微观徐变理论与试验研究

This project investigates the micro creep behavior of concrete in terms of microstructures and compositions by utilizing the advanced microscopic and indentation techniques. The interactions between microstructure changes and the micro creep are analyzed to reveal the creep mechanism and to develop the micro creep model. The multi scale creep model of concrete is established based on the theory of micromechanics. To realize the long-term concrete creep prediction from the short-term micro creep test, the time effect between micro and macro creep is explained. The outcome will act as theoretical and technical supplements to the concrete creep theory.

本项目以材料本源和微观结构组成为出发点，结合先进显微技术和压痕方法在纳米和微米尺度上研究混凝土的微观徐变行为，分析微观结构组成对微观徐变的相互影响作用机理，建立微观徐变模型，构建基于微观力学原理的混凝土徐变多尺度模型，阐明微观徐变与宏观徐变的时间尺度关联，以期通过持载时间数分钟的短时微观徐变来预测混凝土长达数十年的宏观徐变行为，为现代混凝土徐变理论体系的进一步完善提供微观层面的理论和测试技术知识补充。

本项目以材料本源和微观结构组成为出发点，结合先进显微技术和压痕方法在纳米和微米尺度上研究混凝土的微观徐变行为，分析微观结构组成对微观徐变的相互影响作用机理，建立微观徐变模型，构建基于微观力学原理的混凝土徐变多尺度模型，阐明微观徐变与宏观徐变的时间尺度关联，以期通过持载时间数分钟的短时微观徐变来预测混凝土长达数十年的宏观徐变行为，为现代混凝土徐变理论体系的进一步完善提供微观层面的理论和测试技术知识补充。主要的研究成果包括：（1）采用仪器化压入技术对工程上常见水灰比水泥净浆的微观徐变、弹性模量和压痕硬度进行测试，为弹性模量和徐变多尺度预测模型提供准确的输入参数，同时分析微观结构、龄期、水灰比、加载速率等因素对水泥净浆微观徐变和力学性能的影响，提出基于动态连续刚度测试的分析结果确定水泥净浆微观均匀性质的试验方法。（2）分析不同应变率下水泥净浆微观粘塑性压深与压入荷载曲线。结果表明，不同应变率下水泥净浆的粘塑性压深与压入荷载关系具有土体的Isotache蠕变模型的特征，可采用Isotache蠕变模型表征水泥净浆微观尺度上的徐变行为，说明水泥净浆微观徐变行为与土体徐变行为类似，可能与外部荷载作用下颗粒的滑移与重排列有关。（3）建立水泥基材料弹性模量和徐变多尺度预测模型，分析均匀化方法、夹杂形状、夹杂大小、夹杂空间分布和界面性质等因素对多尺度预测结果的影响。结果表明，界面性质是影响水泥基材料弹性模量和徐变预测结果的重要因素，考虑基体与夹杂之间非理想界面的影响可以提高水泥基材料徐变与弹性模量多尺度预测模型的准确性。