【摘要】：低氣壓、低濕度和大溫差是高原地區(qū)氣候條件的主要特征,通過對(duì)該地區(qū)混凝土建筑的調(diào)研,發(fā)現(xiàn)其表面開裂情況比平原地區(qū)更嚴(yán)重,且多發(fā)生在施工后的1~2年。因此,研究高原氣候?qū)炷敛牧闲阅芎徒Y(jié)構(gòu)受力的影響,對(duì)探尋高原地區(qū)混凝土的開裂機(jī)制具有重要的理論與實(shí)用價(jià)值。利用自制的低濕低壓環(huán)境模擬箱,研究了低濕度、低氣壓條件下混凝土的力學(xué)、耐久、收縮變形等宏觀性能變化規(guī)律;為探尋宏觀性能變化的機(jī)理,研究了低濕度、低氣壓條件對(duì)水泥石孔隙結(jié)構(gòu)和混凝土表面形貌等微觀結(jié)構(gòu)的影響。通過建立溫-濕-氣壓耦合計(jì)算模型,研究了高原地區(qū)的靜穩(wěn)天氣和劇變天氣條件下,混凝土柱體的溫度場、濕度場和應(yīng)力場變化規(guī)律,分析混凝土的開裂原因及機(jī)制。研究了C30和C50混凝土在不同濕度(20%、60%、100%)和氣壓(51kPa、76kPa、101kPa)條件下抗壓、抗折和劈裂強(qiáng)度的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)混凝土抗壓、抗折、劈裂強(qiáng)度整體上隨濕度和氣壓的降低而下降,尤其是在28d齡期后此規(guī)律體現(xiàn)更為顯著。與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境相比,20%濕度、51kPa氣壓條件下的28d和360d混凝土抗壓、抗折和劈裂強(qiáng)度分別降低18%~23.7%、20%~33%和24%~33%。通過灰色關(guān)聯(lián)分析法,發(fā)現(xiàn)氣壓對(duì)各力學(xué)性能的影響大于環(huán)境濕度。對(duì)C30混凝土在不同氣壓條件(51、61、71、81、91、101kPa)下耐久性能和微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律的研究表明:低氣壓條件加速混凝土中的水分散失,90d齡期時(shí),51kPa氣壓條件下的失水率約為101kPa氣壓條件的2倍;低氣壓條件增大混凝土的吸水率,且試件厚度越小,吸水率越高;低氣壓條件降低了混凝土的抗?jié)B透性能,與標(biāo)準(zhǔn)氣壓條件(101kPa)相比,28d、45d和90d齡期時(shí)51kPa氣壓條件下的氯離子電通量分別升高25%、42%和49%;低氣壓條件降低混凝土的抗鹽凍性能,80次凍融循環(huán)時(shí),51kPa氣壓條件下的表面剝落質(zhì)量約為101kPa氣壓條件的4倍;低氣壓條件增大水泥石的總孔隙率和500~1000nm有害孔隙的數(shù)量,并增大界面過渡區(qū)的縫隙寬度,降低兩者粘結(jié)程度。研究了不同濕度(20%、60%)和氣壓(51kPa、76kPa、101kPa)條件下混凝土收縮的變化規(guī)律,結(jié)果表明環(huán)境濕度越低、氣壓越低,混凝土的收縮越大、收縮的增長速率越快。提出了混凝土收縮的氣壓影響因子,可用于預(yù)測不同氣壓條件下的混凝土收縮。通過灰色關(guān)聯(lián)分析法,發(fā)現(xiàn)氣壓對(duì)收縮性能的影響大于環(huán)境濕度。建立了混凝土的溫度場、濕度場及應(yīng)力場計(jì)算模型,通過實(shí)測φ1m×2m混凝土柱體、100×100×200mm混凝土試件距表面不同深度位置的溫度值、濕度值和應(yīng)力值來驗(yàn)證模型�；谟�(jì)算模型對(duì)高原地區(qū)的靜穩(wěn)天氣和劇變天氣進(jìn)行計(jì)算分析,結(jié)果表明混凝土柱體在表面日較差溫度變化條件下,距表面不同深度位置的溫度和溫度應(yīng)力均呈現(xiàn)周期性變化趨勢,表面日較差越大,距離表面越近,周期性變化的振幅越大,當(dāng)表面溫度日較差為20℃~80℃時(shí),表面最大拉應(yīng)力為1.3MPa~5.1MPa;混凝土柱體在低濕度和低氣壓條件下,距表面不同深度位置的相對(duì)濕度均呈現(xiàn)下降趨勢,環(huán)境濕度越低、氣壓越低、距離表面越近,濕度下降速度越快,表面濕度應(yīng)力越大,在10%相對(duì)濕度、51kPa氣壓條件下,表面最大拉應(yīng)力可達(dá)2.01MPa。根據(jù)哈爾濱和拉薩地區(qū)的30年氣候數(shù)據(jù),分別計(jì)算兩地區(qū)混凝土柱體的溫-濕-氣壓耦合應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)低周高應(yīng)力疲勞是造成高原氣候條件下混凝土后齡期(1~2年)開裂的原因,對(duì)于拉薩地區(qū)的混凝土柱體,60℃日較差荷載下的溫度疲勞極限次數(shù)僅為32次,遠(yuǎn)低于哈爾濱地區(qū)的疲勞極限次數(shù)。通過對(duì)高原地區(qū)劇變天氣條件下的混凝土柱體溫度、濕度和應(yīng)力場的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)“淋雨”天氣下,柱體表面溫度下降最顯著,拉應(yīng)力最大,“氣溫驟降”天氣次之,“云層遮擋”最小,除“云層遮擋”天氣外,“氣溫驟降”和“淋雨”天氣產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力均超過抗拉極限強(qiáng)度,可產(chǎn)生表面開裂。綜上所述,本文在研究高原氣候條件下混凝土材料的力學(xué)性能、耐久性能、收縮性能、微觀性能及結(jié)構(gòu)溫濕度場、耦合應(yīng)力場及開裂機(jī)制分析方面做了一系列工作,研究成果可為高原地區(qū)混凝土設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐提供一定的理論參考,并為高原地區(qū)混凝土的開裂預(yù)測提供模型支持。
【圖文】：

青藏高原地處我國西南部，，包含了青海、新疆、甘肅、四川、云南的部分地區(qū)和西藏的全部地區(qū)，如圖 1-1。圖1-1 青藏高原地理位置(來源：http://www.sohu.com/a/219289416_324615)Fig.1-1 Geographical location of Tibet Plateau(Source: http://www.sohu.com/a/219289416_324615)在我國氣候分類標(biāo)準(zhǔn)中，“高原氣候”定義為在高原地區(qū)條件下形成的氣候，兼有亞熱帶氣候和溫帶氣候特點(diǎn)，是具有自身特異性的獨(dú)特高山氣候[6]�？傮w上講，青藏高原氣候特點(diǎn)可概括為：環(huán)境溫度低、日較差大、環(huán)境相對(duì)濕度低、空氣稀薄、環(huán)境氣壓低。究其原因，主要是受到日照時(shí)間、海拔和地理位置的影響。青藏高原大部分地區(qū)的年平均日照時(shí)長在 2800h 以上，是我國日照輻射總量最高的地區(qū)，遠(yuǎn)高于我國東部平原地區(qū)。青藏高原東南部為山地亞熱帶濕潤氣候區(qū)，海拔較低、氣溫偏暖、雨量較足、植物生長條件良好；西部和南部邊緣地區(qū)為亞寒帶濕潤氣候區(qū)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文- 4 -圖1-2 高原地區(qū)混凝土開裂現(xiàn)象Fig. 1-2 Concrete cracking in plateau of China與東部平原地區(qū)相比，高原地區(qū)的環(huán)境溫度、濕度、氣壓條件更為嚴(yán)酷，對(duì)混凝土性能的影響更大，混凝土材料和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞也更嚴(yán)重，鑒于我國對(duì)青藏高原地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求和高原地區(qū)城市建設(shè)發(fā)展的規(guī)劃，研究并總結(jié)高原氣候條件下的混凝土材料性能和結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，了解開裂機(jī)制，是非常有理論意義和實(shí)用價(jià)值的。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析1.2.1 環(huán)境溫濕度對(duì)混凝土耐久性能的影響從20世紀(jì)80年代起，混凝土設(shè)計(jì)理念從根本上發(fā)生了變化，逐漸從基于強(qiáng)度的設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度和耐久性并重、以耐久性為重的設(shè)計(jì)理念。1990年，日本首次基于混凝土耐久性提出設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用于實(shí)際工程中。1995年
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2597374