文摘

有限元模型用于研究胶结砂浆的性质相关的应力发展双重环测试。这项调查的结果来解释混合物的热裂解行为包含prewetted轻骨料(LWA)分别量化几个材料性能的贡献。除了使用LWA作为内部的有利影响固化剂来降低混凝土的自收缩,LWA还有助于减少潜在的热裂解由于较低的弹性模量和应力松弛。压力的速度发展,破解的时代,和规模所需的温度下降引起开裂的双重环标本取决于多种因素,包括热膨胀系数胶结砂浆和抑制环,砂浆的弹性模量,砂浆的蠕变效应,热负荷。根据冷却的速率,裂纹可能会或可能不会发生。最慢的速度冷却(C / h)最小化蠕变的影响而冷却率比C / h可以通过砂浆截面产生热梯度,需要考虑。

1。介绍

当体积变化引起的加热或冷却的混凝土克制,残余拉应力可以开发(1,2]。这些会导致残余应力开裂,如果他们达到混凝土的抗拉强度。开裂的可能性取决于多种因素的组合包括混凝土约束的程度(3],混凝土的早期力学性能发展[4),混凝土的收缩5),混凝土的热性能(例如,热膨胀系数和热容)(6),水化热(6),混凝土温度变化的速度(7),环境温度和风速等环境条件(8]。

双重环测试曾被用于研究混凝土材料的应力发展和开裂行为显示收缩或扩张在早期的年龄9- - - - - -11]。双重环测试由砂浆或混凝土标本之间投两个同心抑制环。如果不选择正确材料抑制环在双重环测试中,温度变化可以大大限制边界移动,改变的程度克制。因此,抑制环在测试中考虑摘要由殷钢36岁,一个金属合金有一个最小的热膨胀系数(12- - - - - -14](某些商业设备、仪器或材料中确定这份报告以促进理解。这样的身份并不打算意味着推荐或认可的国家标准与技术研究所的也不是普渡大学,也不是有意暗示标识的材料或设备必然是最好的可用的目的)。当混凝土膨胀时,它的扩张是受制于内外不胀钢环和压应力是开发的混凝土试样在圆周方向。当混凝土收缩,它由内心克制不胀钢环和拉应力混凝土在圆周方向发展。混凝土的开裂潜力显著增加,一旦残余拉应力方法混凝土的抗拉强度(5,15]。

以前,研究人员用双重环测试研究的早期开裂行为包含减缩外加剂的水泥粘贴和包含一个膨胀水泥浆外加剂11,16,17]。Bentz et al。10]使用双重环的影响来说明水泥细度保湿水泥浆的约束收缩开裂。金等。18)扩展使用双重环几何研究沥青混凝土混合物的低温开裂性能。Schlitter et al。9)使用温度下降的方法来研究混凝土的热裂解和显示使用prewetted LWA有利于提高混凝土的热裂解的阻力。在这种方法中,双重环几何是维持在一个恒定室温为一个特定的时间段;如果没有发生开裂,温度降低,导致开裂。Schlitter et al。9]进一步使用双重环几何描述早期扩张行为和收缩开裂性能的混凝土含有高吸水性聚合物(19]。

限制热量和自收缩被称为两个主要贡献潜力开裂混凝土构件在早期的年龄2]。自收缩应力和热诱导残余应力可以近似作为添加剂4]。因此,增加混凝土的收缩的大小使混凝土更容易thermal-induced破解。最近,使用prewetted LWA一直倡导作为一个方法来减少自收缩。的prewetted轻骨料可以增加混凝土内部相对湿度,从而减少毛细管张力和混凝土的残余应力相关的发展(20.,21]。Shin et al。22)也表明聚合物的使用降低刚度可以改善混凝土的收缩开裂电阻由于较低的弹性模量和更高的应力松弛。

介绍了使用有限元模拟来量化的一些材料属性的影响热应力发展和开裂的潜力双重环测试。从这项研究的信息将用于精炼双重环测试的结果如何解释,完善测试几何和评估测试应当使用规范。此外,使用的影响prewetted LWA改善混凝土的热裂解性能进行了讨论。

2。建模方法

商业有限元软件,FEMMASSE热量8.5毫升,用来模拟应力发展和开裂的双重环测试。有限元模型使应力、位移、温度,和破解待定双重环几何。双圈几何,类似于使用的几何Schlitter et al。9),在本研究建模。几何图形由老龄化胶结砂浆/混凝土环之间是两个同心不胀钢环。迫击炮被视为粘弹性材料,老龄化与一个有凝聚力的断裂行为。年龄相关性抗拉强度、弹性模量、σ- w曲线(即。,fracture properties), and autogenous shrinkage were measured separately [23),用于模拟砂浆/混凝土标本。该方法引入了Schlitter et al。9)使用冷却在不同年龄段确定储备压力能力。时间温度边界条件被用来减少试样的温度。更多细节上的建模方法可以找到其他地方(24,25]。

模型中的应力发展和开裂与类似的双重比较和校准环实验(23]。密切观察协议之间的应力发展和开裂模型和实验。该模型被用来进行灵敏度分析。大小的输入弹性模量、热膨胀系数、冷却速率、应力松弛、自收缩,热容可以独立变化模型中,每个输入属性的影响可以确定应力发展和开裂。敏感性分析的结果被用来解释的影响prewetted轻骨料的热应力发展和开裂混凝土标本。

2.1。建模方法的描述

图1显示了几何的二维有限元模型用于这项研究。几何图形由砂浆/混凝土环位于两个同心不胀钢环之间。应该注意的是,由于砂浆/混凝土试件的几何形状是相似的ASTM C1581-09a克制环标本(26),约束的程度是一样的(26]。更多细节关于这个几何给出了其他地方9,27]。

平面应力条件。四边形节点元素被用于模拟。砂浆/混凝土和不胀钢环都是建模为个人的身体。一系列的无摩擦无黏性界面元素被用来模型可能的分离材料的界面。这类似于双重环实验中存在的条件(9]。

不胀钢环被认为保持在弹性区域。兰金断裂准则是用来模拟混凝土中裂缝的形成(即。,开始时的最大主应力达到混凝土的强度)。软熔带模型(28)是用来描述postpeak应力开裂混凝土裂纹一旦形成开放的行为。以确保类似裂纹位置不同模拟,更好的解释结果,并增加数值准确性,6度部分混凝土环的强度(即。,就像一片馅饼)降低了10%。裂纹传播正常最大主应力的方向与网格取向是相一致的。一个精炼的网就会使用在6度混凝土环部分提高数值精度。

没有水分交换被允许从混凝土到周边的环境。温度在内心不胀钢环的内表面和外表面外不胀钢环的定义规定的温度函数。应该注意的是,与传统的对流边界条件相比,在这种情况下,没有考虑传热系数和温度的材料在规定的温度函数定义的边界是相反。试样的温度保持在23°C到48 h后的冷却应用从铸造以恒定速率为2.5°C / h(基线)。这个过程类似于温差的方法,讨论了(9]。

值得一提的是,当收缩(由于自收缩或温度降低)的戒指标本由内圈克制,拉伸应力发展混凝土标本。由于自收缩的最大拉应力出现在圆周方向试样和内抑制环之间的界面(如图1)。忽视任何混凝土的蠕变效应,假设弹性材料的行为,试样的应力发展取决于混凝土的刚度和几何和抑制环并将减少的函数的平方的倒数环半径(29日]。由于老化混凝土是一种粘弹性材料,发生在混凝土的应力松弛减少了残余应力的发展。应力松弛的大小取决于混凝土的时代,压力的速度发展,压力水平,加载期间,水分含量,混凝土的力学性能。

2.2。输入材料特性

本研究中使用的属性被选出来代表五灰浆混合了水灰比的质量(w / c细集料的体积()的55%和0.3023]。两种不同类型的prewetted LWA被用于(23),由LWAK指定,LWAH。砂浆混合物被指定为LWA-0、LWAK-8 LWAK-16, LWAH-12, LWAH-24。LWA-0代表普通砂浆混合物,而LWAK-8 LWAK-16混合物和更换总量的8.25%和16.5% prewetted LWAK聚合,分别。同样,LWAH-12和LWAH-24更换总量的11.85%和23.7% prewetted LWAH总量。应该提到这些LWAK LWAH聚合有不同的吸水能力(24 h LWAH LWAK的吸水率为15.6%和10.5%)。因此,16.5%或23.7%的LWAK或LWAH这些砂浆混合物提供同样体积的内部固化水和本卷补偿这些混合物的化学收缩(20.,23]。

圆柱形标本(100毫米×200毫米)演员根据ASTM C192和测试来确定混合砂浆的力学性能在1 d, 3 d和7 d从铸造的时间。应该注意的是,所有的圆柱标本demolded 24 h后,立即就被密封在塑料袋里,防止水分流失。分裂的抗拉强度是决定使用ASTM C 496 - 0430.),而静态弹性模量确定根据ASTM C 469 - 02年(31日]。波纹管协议(32)是用来测量早期自体变形的砂浆混合物,和ASTM C 403 - 08年度(33后确定时间零(作为最终集)的时间分析。这些材料特性是使用商业自动化的曲线拟合软件安装(34),被用作输入值模拟砂浆行为在早期的年龄。数据2,3,4总结这些输入材料属性。它的数据中可以看到2和3砂浆的弹性模量和抗拉强度下降的体积替代prewetted LWA灰浆的增加。进一步的细节在混合比例、测试程序和测量材料特性可以在[23]。

确定热膨胀系数(COTE)标本,两种砂浆棱镜(25毫米×25毫米×285毫米)是为每个砂浆混合物。棱镜是准备根据ASTM C490-09 [35]。所有棱镜demolded后24 h。他们立即密封使用铝胶带demolding防止水分流失和治愈后七天23°C。按照ASTM C490-09 [35),一个数字拨号计精度为0.001毫米是用来测量样本的长度。标本被改变的温度从23°C到10°C和24小时后的长度测量。当时温度改为38°C和标本的长度是另一个24小时后决定。标本的长度在10°C, 23°C,和38°C被用来确定象牙海岸。测量结果表明,砂浆混合物所类似的象牙海岸,和这些混合物的象牙海岸似乎并没有统计学上敏感的存在lwa被用于这项研究[36- - - - - -38]。基于这些实验,平均COTE 14的价值με/°C用于模型模拟砂浆混合物的热变形。应该注意,而实际的象牙海岸的砂浆可能不是恒定在一个大的温度范围内,为简单起见,本文讨论的相对较小的温差,假定常数象牙海岸。

混凝土导热系数大大依赖于密度、含水率、混凝土微观结构特征(36]。然而,热导率的影响并不显著的相对薄混凝土双环形试样等几何图形。为简单起见,一个恒定的体积热容2100 kJ / (m³·K) (9)和一个常数导热系数为1.8 W / (m·K) [39)被用来描述砂浆的热物理性质的标本。

楔形分割测试执行根据[中概述的过程40这些混合物)来确定裂缝属性。这些混合物决心软化曲线形状相似,和一个双线性软化曲线是用来描述甲的行为在这个调查这些材料。软化关系的特点是曲线拐点的stress-to-strength比0.35和0.01毫米的裂缝宽度,和一个0.08毫米的关键裂缝宽度。

年龄相关性麦克斯韦链模型有四个麦克斯韦模型被用于元素应力松弛和蠕变41]。麦克斯韦链模型中的第四单元由一个弹簧老化试样的粘弹性行为更好的模型(25]。麦克斯韦链模型的系数了老化混凝土的蠕变特征。麦克斯韦链的估计系数模型,模型的应力发展相比,双圈的应力发展实验(23]。麦克斯韦的年龄相关性系数单位安装在不同年龄段产生类似的残余应力发展的双重环模型和实验。麦克斯韦的系数单位可以在找到24]。

不胀钢环被认为有一个恒定的弹性模量141 GPa,恒定的泊松比为0.30,一个常数COTE 1.30με/°C (9,12,13]。

3所示。热裂解的双重环标本

Schlitter et al。9)使用双重环试验来研究混凝土的开裂行为混合物经历早期自收缩或扩张而发生温度变化。恒温的戒指最初治愈23°C。在一个特定的年龄,标本冷却以恒定速率为2.5°C / h,直到试样破裂或实验设置的温度下限。温度下降的幅度被用来量化混凝土混合物的热裂解阻力在那个年龄。

在这项研究中,使用一个类似的过程如图5。的标本最初维持在一个恒定的温度23°C第一48 h。在这个时期,没有压力了标本除了自shrinkage-induced压力(假定为零基础例模型如图5)。冷却试样开始的48小时的速度2.5°C / h(图5(一个))。冷却开始的时候,热变形被内心克制不胀钢环,导致试样拉伸应力的发展。观察小温差为0.3°C之间的物理实验和有限元模拟标本外周长215毫米的半径和中心的标本在190毫米的半径在冷却阶段。因此,可以认为是均匀的温度分布通过混凝土部分。模拟强度发展和平均拉应力(即。,average stress along the radial direction) in the concrete specimen are illustrated in Figure5 (b)。应该注意的是,本研究的平均拉应力值计算的平均在10周向应力值equi-distance位置沿径向的混凝土试件和降低强度区以外的5]。一旦冷却开始48 h,强调发展的速度增加到0.45 MPa / h。裂纹一旦发生计算平均应力与抗拉强度和达到一个峰值应力值。峰值平均应力值称为失败的压力。开裂的标本被急剧下降的平均压力曲线如图5 (b)。基本情况的模拟,开裂发生11 h冷却开始后,在这段时间里,试样的温度−4.5°C。这与温度下降18.5°C(即。23°C - 4.5°C = 18.5°C)。应该注意的是,这项工作中所描述的“基本情况”模式仅用于执行参数研究,并不代表真正的控制标本,因为一个真正控制普通砂浆试样可以体验自收缩在第一次48 h。

更好地解释和应力开裂行为发展的双重环标本,裂纹张开位移(COD)和降低强度应力分布区域的引用(基本情况)环试样如图6。应该注意,定义的鳕鱼是断裂力学的术语描述裂纹张开的小费传播裂纹,因此,它不同于裂缝宽度术语,通常用于文学。可以看出应力达到混凝土的强度的内圆周标本和裂化发起55 h。裂纹的长度可以由定位的最大应力值在每个时间和距离环的内表面。裂纹传播时尚稳定在55 h和58 h。在这同一时期,裂缝的长度增加到45毫米通过具体的部分,这是50毫米厚。截面平均应力增加而小裂纹张开位移观测。在58 h,裂纹扩展阶段开始了。在这个阶段,裂纹张开位移开始增加速度和压力开始减少通过砂浆墙。一旦裂纹张开位移超过0.08毫米的临界裂缝宽度60 h,裂缝成为牵引自由和自由标本开始变形。 For the age of 60 hours, the information in Figure6 (b)应该被认为是说明性的,而不是完全由于大突然变形和模型不稳定时混凝土失败60 h。

图7比较计算强调普通砂浆试样和标本含有不同数量和类型的prewetted LWA。图7显示每个砂浆试样经历了不同的速度和大小设置的时间后压力的发展。应力发展的速度的差异可以归因于不同的年龄相关性砂浆弹性模量(图2)、应力松弛和自收缩在这些混合物(图发展4)。例如,普通砂浆试样(LWA-0)弹性模量最高,自收缩,导致压力的最高水平和规模发展。另一方面,LWAK-16标本开发了一个压应力在早期由于其早期自生的扩张(图4)。在所有情况下冷却开始48 h。冷却开始后,热应力开始被叠加在已经开发的收缩应力和应力发展速度的差异进一步放大。这种行为与实验观察一致报道Schlitter et al。27]。因此,几个额外的因素如热膨胀系数、加热速率、热容、热导率会进一步影响这些材料的应力发展。本研究旨在量化个体的影响这些因素对应力发展和开裂行为双重环试样测试。

4所示。敏感性分析

确定双圈的敏感性测试不同的测试条件和材料特性,7系列的模拟进行。在每个系列只有一个因素是多种多样的,而所有其他混合属性都保持相同的普通砂浆混合物。这使得每个因素的影响在压力的速度发展,破坏应力、开裂的时代,和双环形试样的热阻待定。模拟和结果总结表1。如表所示1混凝土的弹性模量的影响,砂浆混合物的象牙,象牙海岸的金属环,冷却,混凝土的应力松弛,混凝土的自收缩,混凝土的体积热容对应力发展和开裂行为进行了灵敏度分析。大胆的数据表1指示的情况下,应力发展和温度下降引起开裂的大小在一个特定的变量的变化非常敏感。这些模拟将在以下部分中讨论。由于FEMMASSE背后的方程模型不包含许多跨产品术语,基于输入参数,如预期的那样,对应力发展的速度没有显著影响被发现多个因素同时变化时(即。确定,两个因素相互作用可以忽略不计)。

4.1。弹性模量的影响

添加prewetted轻骨料的砂浆弹性模量的影响两个方面。首先,较低的刚度轻骨料的加入降低了复合材料的弹性模量(22,42]。第二,内部固化水存储在轻量级的总量增加了水泥水化的弹性模量,从而增加相应的矩阵(43]。净效应通常是弹性模量的减少,如图2(23]。确定的角色弹性模量的应力发展和开裂双重环标本,六个模拟进行。改变普通砂浆的弹性模量较大的±20%,±40%,在这些模拟±60%,而所有其他砂浆性能一样的基本情况标本(表1)。

图8(一个)显示了弹性模量对应力率的影响发展的双重环标本。在缺乏收缩变形,没有残余应力在冷却开始之前,强调开发从48 h。图8(一个)表明,增加砂浆弹性模量增加压力的速度发展,和标本了。砂浆弹性模量降低到40%时的初始级,强调发展的速度0.25 MPa / h,强调发展的速度0.69 MPa / h时,弹性模量提高160%的基线值。应该注意的是,三个现象发生在降低砂浆试件的弹性模量。首先,双重环测试的约束程度增加而减少砂浆弹性模量(5,44]。增加约束行为的程度增加开发的压力对于一个给定的应变值。然而,第二个影响包括直接还原为给定的应变应力发展的标本由于胡克定律。第三个效应,显著低于其他两个效果,包括增加和减少应力松弛弹性模量。第二个效应对压力影响更大发展;因此,观察压力发展速度降低和减少砂浆试件的弹性模量。

试样弹性模量的影响的大小引起开裂所需的温度下降和平均截面应力如图标本的失败8 (b)。弹性模量降低,强调发展更慢,需要较大的温差裂缝标本。应该注意的是,所需的温度下降的幅度开始以更大的速度增加砂浆的弹性模量低于80%的普通砂浆弹性模量。这种行为可以归因于更大的应力松弛和蠕变在砂浆弹性模量较低的样本值。应该注意的是,标本时的应力松弛增加了在稍后的年龄。

图8 (b)显示的平均应力试样在失败与越来越弹性模量降低。解释弹性模量的影响在试件破坏应力和应力分布,应力分布和裂纹张开位移通过混凝土环墙图所示9在稳定和不稳定裂纹传播。图中可以看到9相当大的裂纹张开和卸货开始出现了地区随着裂纹的成长。卸货和裂纹张开更重要的标本与降低弹性模量(图9基本情况(图)6)。更大的卸载了标本的存在可以解释更符合裂缝标本弹性模量较低。当试样的弹性模量降低,它的刚度降低,裂纹张开位移增加,通过表面的裂纹和应力转移和软化是减少。因此,破坏应力(平均截面压力不稳定裂纹)的发病与降低弹性模量降低。由于额外的应力松弛效应,弹性模量降低了平均应力的影响在标本的失败成为更重要的时减少砂浆弹性模量超过20%。

4.2。不胀钢和混凝土的热膨胀系数的影响

双重环冷却时,混凝土和两个控制环进行了基于各自不同的热变形柯特斯。因此,热应力的发展很大程度上依赖于柯特斯的砂浆材料和抑制环。虽然类似的线性COTE 14με/°C是用于所有砂浆混合物在这项研究中,它必须提到,象牙海岸是高度依赖于总体组成、骨料体积含水率,LWA粒子的存在2,45,46]。据报道,与轻骨料混凝土通常有一个较小的象牙海岸与正常体重比混凝土的骨料(36- - - - - -38]。这但是没有观察到在迫击炮检查在这个调查。

确定双圈的敏感性测试的象牙海岸灰浆,一系列的模拟。象牙海岸的砂浆试件不同于2με/ 24°Cμε/°C,如表所示1。象牙海岸的影响对开裂的应力发展和行为图所示10 ()。正如所料,(即压力的速度发展。,the slope of the residual stress versus time curve) increased with increasing the COTE of the specimen. While thermal stresses in the specimen with a COTE of 24 με/°C 0.91 MPa / h的速度增加,应力发展的速度降低到0.04 MPa / h象牙海岸时减少到2με/°C。开裂发生第一次性经验的年龄比较早的象牙海岸砂浆增加。开裂发生11 h后冷却的基本情况标本,虽然没有开裂发生48 h后冷却的象牙海岸砂浆减少到2με/°C。进一步发现,平均截面应力环标本的失败是降低砂浆的象牙海岸和应力发展的速度减少。这减少了平均应力环标本的失败可以归因于更高的应力松弛和相应的应力再分配在这些标本沿径向(47- - - - - -49]。

抑制环理论上可以由任何材料。如果象牙海岸的抑制环高于混凝土、抑制环收缩比样品在冷却和外抑制环将标本施加压缩力。五个系列的模拟除了基本情况(即执行。,the Invar rings) to determine the influence of the COTE of the restraining rings on stress development in the dual ring test. Restraining rings with COTE values of 0 με1.3 /°Cμε/°C(殷钢)7με/°C, 12με/°C (COTE典型钢铁)和18με模拟/°C。图10 (b)说明了象牙海岸的影响抑制环的应力发展的双重环标本。可以看出,当抑制环接触的象牙海岸的混凝土,试样的应力发展的速度大大降低。应该注意的是,没有压力将开发样品如果混凝土和抑制环有相同的象牙海岸。如图所示的象牙海岸_休息−18曲线在图10 (b),压应力开始开发样品在冷却一旦抑制环的象牙海岸超过混凝土的标本。

图(11日)显示相对试样的热变形的影响和抑制环由区别他们的柯特斯(如图所示)开裂的应力发展和年龄。可以看出应力发展的速度是成正比的区别柯特斯砂浆试样和抑制环。正如预期的那样,是柯特斯的标本之间的差异和抑制环是降低,应力发展的速度降低,标本变得不那么容易开裂。

可以看出,虽然高硬度材料具有高象牙海岸等12所示με/°C (COTE典型钢铁)可能提供足够的刚度,可以方便地用于传统抑制环测试(这是在恒定温度下完成的),它可能不是那么适合研究混凝土的热裂解行为的双重环测试。自从COTE混凝土通常5和15之间的不同με/°C (36,37),使用抑制环高COTE或许都是不适宜在双重环测试(图11 (b))。抑制环时使用如此高的象牙海岸,克制的移动与温度变化显著,应力松弛程度较高时,截面平均应力标本的失败是减少,和更高的温度下降需要破解标本。因此,混凝土的热裂解性能会更好评估使用抑制环象牙海岸较低,例如那些由不胀钢。

4.3。冷却的速率的影响

加载速率的影响的破坏应力混凝土已经被不同的研究人员研究了过去(47,48,50- - - - - -52]。当加载速率降低,压力在混凝土松弛是由于在持续荷载下混凝土的蠕变的影响,应力重新分布,平均应力标本的失败通常是减少(47,50,51]。一系列的模拟进行了量化的冷却速度对应力的影响发展的双重环测试。5冷却率(0.5,1.0,2.0,3.0,5.0,8.0,和10.0)°C / h模拟在本系列中,除了基本情况冷却速率为2.5°C / h,如表示1。没有收缩被认为是模拟和冷却开始48 h。

图12(一个)说明了冷却速率的影响的应力发展和开裂双重环测试。正如所料,试样的应力发展的速度增加而增加的速度冷却。当温度降低速度,热应力发展更快、开裂发生在较早的年龄。而0.3°C的最小温度梯度基本情况标本观察,中心之间的温差和外表面的标本超过1°C时,冷却速度超过了8.0°C / h。因此,建议保持冷却速率低于8.0°C / h限制通过混凝土截面热应力梯度。应该注意的是,这种冷却的速度远高于大多数传统冷却设备的冷却能力和最高的冷却冷却装置可能是有限的。

图12 (b)显示所需的温度下降引起开裂的大小是高度依赖的速度冷却。随着冷却速度降低,需要更高的温度下降级裂纹试样。所需的温度下降的幅度显著增加,一旦冷却速率成为小于2.5°C / h。例如,只有一个温度下降27.5°C是裂纹试样所需的冷却速率2.5°C / h,温降的计算级提高到122.5°C的冷却速率0.5°C / h。因此,样品可能会或可能不会裂纹在双重环测试取决于冷却速度。冷却速率的影响平均应力如图标本的失败12 (b)。试样的破坏载荷开始减少一旦加载速率成为小于2.5°C / h和标本开始裂纹明显后世。混凝土的应力松弛增加在后世标本了。更高的应力松弛导致更多的兼容的裂缝的形成和相应的应力再分配。通过截面应力再分配降低了平均应力以失败作为热负荷的速度下降。

4.4。蠕变和应力松弛的影响

由于较低的刚度LWA,砂浆材料的蠕变和应力松弛包含LWA通常将增加与增加刚度低的体积LWA [22,42]。然而,由于内部固化水泥水化的增加导致减少砂浆材料的蠕变和应力松弛(53]。因此,净效应的prewetted LWA砂浆材料的蠕变和应力松弛取决于刚度低的体积LWA和内部固化水泥水化的有益的贡献。一系列的模拟进行了评估应力松弛的影响的应力发展和开裂的潜在双重环测试。麦克斯韦链模型的系数为普通砂浆增加应力松弛进行了修改。应力松弛的百分比增长相对于普通砂浆当时计算通过比较放松压力计算的应力发展普通砂浆试样。五种不同情况下随着应力的松弛的5%,13%,22%,32%,42%被模拟为指定的−5,−13日−22日−32,−42在表1,分别。应该注意的是,唯一的区别在每种情况下应力松弛的程度。

图(13日)显示应力松弛的影响在双重压力的速度发展环标本。正如所料,当应力松弛的增加,强调开发率较低,温度下降引起开裂的大小是增加(图13 (b)),开裂发生在稍后的年龄,导致较低的开裂应力松弛的潜在上级。图13 (b)标本的失败表明,平均应力下降近线性增加应力松弛。这可以归因于增加依从性裂缝的应力松弛的增加,导致应力再分配和减少并发时的平均应力环不稳定的开裂。

4.5。混凝土收缩的影响

热收缩效应被称为两个混凝土早期开裂的元素的主要原因。和热收缩效应存在时,这两个因素导致的应力发展和开裂。每个因素的贡献开裂可以根据环境条件变化和混合属性。

执行一系列的仿真来说明自收缩的影响在热裂解行为双重环测试。七种不同的情况下模拟。模拟之间的主要区别是自收缩的大小。输入每个案例的收缩值被修改−140%,−120%,−60%,−40%,−20% + 20%,+ 40%和+ 60% Sh + 102,指定的Sh + 51, Sh 102−Sh 153−Sh 204−Sh 306−Sh 357−分别和Sh−408。“Sh”后的数字字母在这些名称显示自收缩的价值48 h。所有其他模型输入了相同的普通砂浆如表示1。冷却后开始48小时的时间在所有情况下。因此,标本只接受自收缩变形前48小时时受到同时收缩和温度变形后48 h。应该注意的是,Sh + 102和Sh + 51标本,标本模拟热应力发展受到初始自扩张。

图(14日)的影响说明了收缩应力发展和开裂的双重环测试。压力发展所有标本,正如预期的那样,是成比例的自收缩值在第一次48 h。例如,压力水平在Sh + 102样品收缩+ 102水平με在48 h−0.22 MPa(负号表示压应力),而应力水平Sh−306标本48 h 306−收缩的水平με为3.96 MPa。应该注意的是,由于他们的收缩强度高、357和Sh Sh−−408标本了38 h和21 h后铸造的时候,分别。因此,他们没有受到热负荷和热应力的发展速度和温度下降被附加在表表示1。

一旦冷却开始,压力开始增加的速度在所有标本(图0.518 MPa / h(14日))。然而,应力发展的速度开始下降,一旦收缩大小超过204με在48 h。例如,强调发展的速度降低到0.456 MPa / h的Sh 306−标本。这可以解释为shrinkage-induced裂缝的形成冷却开始前48小时。shrinkage-induced压力达到抗拉强度时的内表面Sh 306−标本36 h,裂缝开始在一个稳定和传播时尚的标本。裂纹的增长之间36 h和48 h(冷却开始时)试件的刚度降低,导致压力的速度较慢,一旦冷却开始发展。应该注意,收缩强度(即较高的标本。,the Sh − 357 and Sh − 408 specimens) cracked before cooling began and are not discussed further.

自收缩的影响平均压力失败的双重环标本如图14 (b)。由于高冷却速率(即。,2。5°C/h), no significant stress redistribution occurred and the average section stress of the specimens remained insensitive to the autogenous shrinkage. Figure14 (b)显示,温度下降的大小减少线性增加自收缩的标本。的标本更容易热裂解时暴露于高水平的shrinkage-induced强调开始前冷却。相反,正如预期的那样,经历了早期的标本自扩张了一个更好的热裂解性能和裂纹(图(14日))。

4.6。热的热容的影响

据报道,混凝土的比热容是混凝土的含水量和密度的函数(6]。因此,混凝土的热容与prewetted LWA预计将增加与内部固化的水的数量,减少低密度LWA的体积增加。以确定变化的影响在体积热容率热应力发展的双重环测试,另一个系列的模拟。如表所示14例建模除了基本情况标本,每个案例之间的主要区别是热容的价值。的大小体积热容的普通砂浆(即。基本情况标本),2100 kJ / (m³·K),不同的±10%±20%,每个模拟。结果表明,热应力发展和试件的开裂行为的双重环测试对热容的变化并不敏感。这可以解释为,双重环测试是一种温度控制测试。自系统的温度控制(不流从系统)的热量,热容标本并不是一个重要的物质财产的双重环测试。

5。结论

双重环几何使用有限元分析建模。参数研究进行检查的热裂解行为包含prewetted轻骨料混凝土混合物通过量化的个人贡献几个材料属性。知道双重环测试这些材料属性的敏感性将有助于更好的解释双重环测试的结果。以下的结论可以基于仿真结果。

强调发达以较慢的速度和开裂发生在晚些时候混凝土的弹性模量降低(即。,具体的兼容)。因此,需要较大的温差裂缝试样弹性模量较低。由于依从性越高,显著的卸荷和应力再分配期间观察到裂纹扩展的双环形试样弹性模量降低。这导致了较低的普通混凝土截面应力时失败。这种行为变得更加明显,当混凝土的弹性模量降低了20%以上,发生更大的应力松弛。

应力发展和开裂行为的影响标本的象牙和象牙海岸的抑制环。确定,双圈的应力发展的速度测试直接成正比的区别柯特斯的标本,抑制环。象牙海岸的抑制环增加时,强调以较慢的速度发展。结果,混凝土的热裂解电阻可以看作是被人为地提高了使用抑制环COTE值附近的混凝土。因此,建议不胀钢或其他材料以最小的应该使用象牙海岸。

正如预期的那样,强调发展的速度是成正比的速度冷却的双重环测试。作为样品的冷却速度降低,需要更高的温度下降裂纹试样。结果表明,裂纹可能会或可能不会发生在双环形试样,根据冷却的速率。最慢的速度冷却推荐2.5°C / h。当冷却速度超过8°C / h,相当大的温差标本发达的中心和边界。限制通过混凝土截面热应力梯度,建议保持冷却速率低于8.0°C / h。

当应力松弛和蠕变试样的增加,应力发展的速度降低,需要更高的温度下降裂纹试样。更高的应力松弛导致更多兼容的裂纹和相应的应力再分配和卸载破解区域。

标本的热裂解性能改进和减少他们的自收缩。而收缩的大小并不影响压力的速度发展,所需的温度下降引起开裂时增加减少自收缩。高收缩,收缩引起的裂缝的存在降低了试样的刚度,从而降低热应力发展的速度冷却时启动。

确认

这项工作于Pankow材料实验室和材料进行传感和表征在普渡大学实验室。作者要感谢的支持使得这些实验室和研究成为可能。这项工作是支持的供料、JTRP和ESCSI感激地承认。