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原文传递基于减小盾构隧道管片混凝土收缩的配合比试验研究

论文题名：	基于减小盾构隧道管片混凝土收缩的配合比试验研究
关键词：	盾构隧道;混凝土收缩;粉煤灰;矿渣粉;配合比设计
摘要：	混凝土收缩引起的结构变形与开裂问题一直是工程研究的关键问题之一，随着大量矿物掺合料及外加剂的应用，以及高强混凝土及超高强混凝土的广泛应用，在研究减小混凝土收缩方法的同时，准确地对混凝土宏观表象上的收缩变形进行预测，以及通过有限元分析方法对混凝土结构内部不均匀的收缩变形进行模拟，对混凝土结构工程的耐久性设计具有重要意义。　　本文针对盾构隧道管片混凝土收缩引起的尺寸变形和开裂问题，以减小盾构隧道管片混凝土收缩为目的，对复掺粉煤灰与矿渣粉的配合比进行优化设计，并通过恒温恒湿条件下的收缩试验对设计配合比进行研究，提出综合考虑环境相对湿度、构件尺寸、水泥用量、粉煤灰与矿渣粉掺量、减缩剂掺量等因素的收缩预测模型，并运用有限元方法对钢筋混凝土盾构管片的收缩进行模拟分析。　　采用粉煤灰或石灰石粉等量替代水泥后，混凝土强度均呈现出下降趋势，其中用粉煤灰等量替代水泥导致的混凝土强度降低幅度要明显大于石灰石粉。　　混凝土收缩随粉煤灰掺量的增加而降低，但随本试验所用的矿渣粉掺量的增加而增加，石粉的掺入增加了混凝土的收缩，采用石灰岩粗骨料的混凝土收缩小于玄武岩粗骨料的混凝土，减缩剂能够明显降低混凝土的收缩，而且能够改善混凝土的流动性，混凝土收缩随减缩剂掺量的增加而减小。　　对数函数式、平方根双曲线复合函数式能较好地表示恒温恒湿条件下的混凝土干燥收缩变形与龄期的关系；双曲线函数与指数函数在180天以后的斜率接近于零，对于长龄期的收缩拟合效果不理想。采用ACI(1978)模型的收缩终值计算公式和CEB-FIP(1990)模型的时程函数相结合的收缩预测模型，能够更好地拟合掺矿物掺合料和减缩剂的低水胶比高强混凝土的收缩。　　根据混凝土内部湿度场与温度场的相似性，通过有限元软件热分析模块分析了混凝土内部的湿度场；根据混凝土内部自干燥导致的湿度降低率近似与干燥时间倒数的平方成线性关系，以及混凝土内部湿度变化与位移应变近似成线性关系的假设，通过ANSYS有限元软件对混凝土进行湿度场与结构场的耦合分析，并根据收缩试验数据，对混凝土干燥收缩过程的重要参数——湿度扩散系数、表面水分交换系数、收缩系数进行反演，得到符合参数实际物理意义的拟合值。并根据反演的参数值对基准组与减缩剂2%组的钢筋混凝土盾构隧道管片的收缩变形进行有限元模拟。　　减缩剂的掺入明显减小了管片的收缩变形，收缩变形较基准组减小12%以上，两组配合比的管片收缩变形均满足拼装精度的要求；200天以后，减缩剂2%组的收缩变形增长速率明显放缓，而基准组依旧有较高的增长速率。
作者：	王维宇
专业：	交通运输工程
导师：	王新定;刘华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021