水泥路面板早期固化残余应力产生机理及测量方法研究

水泥混凝土路面板早期收缩变形受到内部骨料和外部边界"约束"后将导致早期固化残余应力和早期固化翘曲的发生，从而影响板的开裂行为。为此，本项目首先针对水泥混凝土早期收缩行为，开发能够测量水泥混凝土内部相对湿度的试验装置，并基于毛细孔液面平衡方程建立相对湿度和内应力发展的细观计算模型，分析水泥混凝土早期固化残余应力产生机理；然后通过室内大尺寸板试验研究水泥路面板内相对湿度变化规律和板早期固化翘曲行为，在此基础上建立边界约束和非线性相对湿度梯度下水泥路面板翘曲计算模型，分析早期固化残余应力和翘曲对板开裂行为的影响；最后借鉴金属工程中测量表面残余应力的方法，采用钻环法测量水泥混凝土板表面残余应力，通过室内试验和钻环过程的数值模拟完成不同工况下的对比分析，验证测量方法的可行性。.本研究有助于解释水泥混凝土早期固化残余应力产生机理，提出并验证钻环测量方法的可行性，为水泥混凝土路面设计方法的完善提供依据。

水泥混凝土路面早期固化翘曲和残余应力将导致水泥路面发生板顶-底开裂，但是在我国设计规范中并没有考虑早期固化翘曲因素。本项目首先针对水泥混凝土早期收缩行为，借鉴国内外相关研究成果，根据水泥混凝土毛细孔压力收缩机理，建立了水泥混凝土内部相对湿度变化和干缩变形的关系，开发了一种能够测量水泥混凝土内部相对湿度的试验装置，并通过室内和试验试验验证了该装置的可行性及可靠性。然后，针对水泥路面早期固化翘曲机理，分不同时间浇筑了多个大尺寸梁式试件，埋设了温湿度传感、应变传感等自浇筑开始为期15天的连续监测，分析了环境温度和湿度对其翘曲行为的影响机理，确定了早期翘曲计算方法和零应力温度梯度的确定方法，并通过有限元模型分析了早期固化翘曲对服役期水泥路面板开裂行为的影响。最后，针对早期固化翘曲在水泥路面板表面形成的残余应力问题，借鉴金属工程中残余应力测量方法-钻孔法，本项目提出了钻环法测量水泥路面板表面残余应力的方法，建立了钻环法的有限元计算模型，通过生死单元技术完成了钻环前后水泥路面板表面应力释放的数值模拟分析，并通过不同工况的数值模拟分析提出了钻环法测量水泥路面表面残余应力的合理参数，与美国机场道面研究中心完成的梁式结果对比检验了有限元模型的准确性，通过室内小型尺寸水泥路面板的钻环试验检验了该方法的可行性。.本项目的研究成果解释了水泥路面早期固化翘曲和残余应力的产生机理，与水泥路面的板顶-底实际开裂状况有着密切联系，为将来水泥路面设计规范的完善提供了依据。