水泥混凝土路面板內(nèi)部水分遷移和濕度翹曲研究
發(fā)布時間：2021-04-10 07:59
水泥混凝土路面板長期暴露在自然環(huán)境中,除交通荷載的作用外還受到環(huán)境中溫度和濕度等條件的影響,水泥混凝土路面板可能發(fā)生翹曲變形并導(dǎo)致板底脫空,板底脫空后路面板在荷載作用下非常容易產(chǎn)生斷裂。目前人們對水泥混凝土路面板翹曲的認識多局限在板內(nèi)部溫度不均勻所產(chǎn)生的溫度翹曲,然而除溫度翹曲外板內(nèi)還存在由于濕度不均勻所產(chǎn)生濕度翹曲。濕度發(fā)生變化時水泥混凝土?xí)a(chǎn)生干縮,當(dāng)水泥混凝土路面板的干縮不均勻時就會發(fā)生濕度翹曲。目前有關(guān)濕度翹曲的相關(guān)研究較少,現(xiàn)有方法對水泥混凝土路面板濕度翹曲應(yīng)力的分析不完善,不能夠準確反映水泥混凝土路面的濕度翹曲,這使人們一直低估了濕度翹曲對水泥混凝土路面板的危害。因此建立一個準確有效的水泥混凝土路面板濕度翹曲分析方法對水泥混凝土路面設(shè)計具有重要意義。水泥混凝土路面板的濕度翹曲是因內(nèi)部濕度梯度產(chǎn)生的,而濕度梯度又與水分遷移緊密相關(guān),因此在分析濕度梯度時應(yīng)從水分遷移入手。針對上述情況,本文開展了水泥混凝土路面板內(nèi)部水分遷移和濕度翹曲研究。首先,確定水泥混凝土內(nèi)部水分遷移理論模型,開展外部干燥和外部濕潤條件水泥混凝土內(nèi)部相對濕度監(jiān)測試驗,得到水泥混凝土內(nèi)部不同位置的相對濕度變化情...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：97 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
密封式濕度傳感器和試驗示意圖[29,30]
?瘸〈嬖謔?缺ズ�、綑n禿筒ǘ??黿錐危?餿?黿錐嗡??時刻和幅值取決于接觸邊界條件和自然環(huán)境條件。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的葛昕[33]在單面干燥的混凝土試件中預(yù)埋膠管并塞住，在達到一定齡期時打開并插入HMP42型溫濕度傳感器探頭，對相對濕度和濕度收縮關(guān)系進行了研究。交通部公路科學(xué)研究院的田波[34]使用同樣的濕度傳感器進行試驗，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護方式對混凝土表面1cm以內(nèi)的相對濕度受影響較大，對距離混凝土表面3cm處相對濕度的影響已經(jīng)較校此外，劉寶忠[35]也采用該型號的濕度傳感器對混凝土內(nèi)部相對濕度進行了試驗研究。圖1-2插入式濕度傳感器和試驗[33,35]然而，密封式和插入式濕度傳感器為了防止保證傳感器不受水泥漿體硬化時的影響和破壞，必須在混凝土凝結(jié)完成后才能開始放置監(jiān)測。伊利諾伊斯大學(xué)香檳分校開發(fā)了可嵌入式濕度傳感器[36,37]來研究混凝土內(nèi)部濕度，將小型電容式傳感器封裝在帶有戈爾特斯薄膜的套管中，該薄膜允許蒸汽傳輸?shù)耐瑫r能夠防止液體水分和離子的滲透，使傳感器能夠在混凝土澆筑時就進行測量收集數(shù)據(jù)，保護傳感器不受損傷。GranjaJL等[38]通過試驗對各種濕
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-7-度傳感器進行了對比，證明該種傳感器的監(jiān)測結(jié)果準確，戈爾特斯薄膜的存在不會影響混凝土內(nèi)部相對濕度監(jiān)測時的精確度。圖1-3伊利諾伊斯大學(xué)香檳分校開發(fā)的濕度傳感器和試驗示意圖[36,37]1.2.3水泥混凝土路面板濕度翹曲研究Rao等[39]發(fā)現(xiàn)水泥混凝土板的翹曲變形在早齡期時就會出現(xiàn)，齡期在28天時的翹曲變形可達到最大變形的70%。Wei等[40]發(fā)現(xiàn)在極端干燥環(huán)境下濕度翹曲的等效溫度梯度非常大，與日常的溫度梯度相當(dāng)。2017年，魏亞[41]研究發(fā)現(xiàn)徐變對濕度翹曲變形和應(yīng)力的影響很大，徐變使?jié)穸嚷N曲變形降低36%、使?jié)穸嚷N曲應(yīng)力降低45%。目前我國水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范中還沒有考慮濕度梯度的影響。而在美國AASHTO2002MEPDG水泥混凝土路面設(shè)計方法中，將混凝土板干縮深度范圍內(nèi)的變形簡化為三角形的線性分布，并將濕度梯度等效為溫度梯度進行計算：()()23--23100ssuhhavesSHhhSShETGhεα=（1-1）式中SHETG——等效溫度梯度（℉）；suε——混凝土最終收縮變形；——可逆收縮因子；hS——某個月的相對濕度（%）；haveS——年平均的相對濕度（%）；sh——收縮區(qū)域的深度（in）；h——板厚度（in）；α——混凝土熱膨脹系數(shù)。溫度梯度下混凝土板的翹曲和應(yīng)力計算研究比較成熟。當(dāng)溫度梯度和濕度梯度下板的翹曲變形相等時，將濕度梯度等效為溫度梯度eT來進行濕度翹曲分析。Westergaard和bradbury采用的等效線性溫度梯度下的彎矩：
本文編號：3129274
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：97 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
密封式濕度傳感器和試驗示意圖[29,30]
?瘸〈嬖謔?缺ズ�、綑n禿筒ǘ??黿錐危?餿?黿錐嗡??時刻和幅值取決于接觸邊界條件和自然環(huán)境條件。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的葛昕[33]在單面干燥的混凝土試件中預(yù)埋膠管并塞住，在達到一定齡期時打開并插入HMP42型溫濕度傳感器探頭，對相對濕度和濕度收縮關(guān)系進行了研究。交通部公路科學(xué)研究院的田波[34]使用同樣的濕度傳感器進行試驗，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護方式對混凝土表面1cm以內(nèi)的相對濕度受影響較大，對距離混凝土表面3cm處相對濕度的影響已經(jīng)較校此外，劉寶忠[35]也采用該型號的濕度傳感器對混凝土內(nèi)部相對濕度進行了試驗研究。圖1-2插入式濕度傳感器和試驗[33,35]然而，密封式和插入式濕度傳感器為了防止保證傳感器不受水泥漿體硬化時的影響和破壞，必須在混凝土凝結(jié)完成后才能開始放置監(jiān)測。伊利諾伊斯大學(xué)香檳分校開發(fā)了可嵌入式濕度傳感器[36,37]來研究混凝土內(nèi)部濕度，將小型電容式傳感器封裝在帶有戈爾特斯薄膜的套管中，該薄膜允許蒸汽傳輸?shù)耐瑫r能夠防止液體水分和離子的滲透，使傳感器能夠在混凝土澆筑時就進行測量收集數(shù)據(jù)，保護傳感器不受損傷。GranjaJL等[38]通過試驗對各種濕
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-7-度傳感器進行了對比，證明該種傳感器的監(jiān)測結(jié)果準確，戈爾特斯薄膜的存在不會影響混凝土內(nèi)部相對濕度監(jiān)測時的精確度。圖1-3伊利諾伊斯大學(xué)香檳分校開發(fā)的濕度傳感器和試驗示意圖[36,37]1.2.3水泥混凝土路面板濕度翹曲研究Rao等[39]發(fā)現(xiàn)水泥混凝土板的翹曲變形在早齡期時就會出現(xiàn)，齡期在28天時的翹曲變形可達到最大變形的70%。Wei等[40]發(fā)現(xiàn)在極端干燥環(huán)境下濕度翹曲的等效溫度梯度非常大，與日常的溫度梯度相當(dāng)。2017年，魏亞[41]研究發(fā)現(xiàn)徐變對濕度翹曲變形和應(yīng)力的影響很大，徐變使?jié)穸嚷N曲變形降低36%、使?jié)穸嚷N曲應(yīng)力降低45%。目前我國水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范中還沒有考慮濕度梯度的影響。而在美國AASHTO2002MEPDG水泥混凝土路面設(shè)計方法中，將混凝土板干縮深度范圍內(nèi)的變形簡化為三角形的線性分布，并將濕度梯度等效為溫度梯度進行計算：()()23--23100ssuhhavesSHhhSShETGhεα=（1-1）式中SHETG——等效溫度梯度（℉）；suε——混凝土最終收縮變形；——可逆收縮因子；hS——某個月的相對濕度（%）；haveS——年平均的相對濕度（%）；sh——收縮區(qū)域的深度（in）；h——板厚度（in）；α——混凝土熱膨脹系數(shù)。溫度梯度下混凝土板的翹曲和應(yīng)力計算研究比較成熟。當(dāng)溫度梯度和濕度梯度下板的翹曲變形相等時，將濕度梯度等效為溫度梯度eT來進行濕度翹曲分析。Westergaard和bradbury采用的等效線性溫度梯度下的彎矩：
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