本發(fā)明公開了一種硬化混凝土熱膨脹系數(shù)的多尺度預(yù)測(cè)方法，該方法首先對(duì)硬化混凝土進(jìn)行多相多尺度劃分；分別計(jì)算不同尺度上各組成相的相對(duì)體積含量；從最小尺度開始，逐步向大尺度均勻化各尺度的彈性模量參數(shù)和溫度應(yīng)力系數(shù)；計(jì)算最大尺度的熱膨脹系數(shù)，該系數(shù)為硬化混凝土的基本熱膨脹系數(shù)；計(jì)算附加熱膨脹系數(shù)；將基本熱膨脹系數(shù)和附加熱膨脹系數(shù)相加，得到硬化混凝土的總體熱膨脹系數(shù)。本發(fā)明根據(jù)混凝土的微觀結(jié)構(gòu)組成及各組成相的彈性性能及熱學(xué)性能，建立了硬化混凝土熱膨脹系數(shù)的多尺度預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了基于微觀結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土宏觀性能的預(yù)測(cè)，從根本上解決了混凝土熱膨脹系數(shù)影響因素眾多的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水泥基材料的多尺度計(jì)算分析領(lǐng)域，尤其涉及一種硬化混凝土熱膨脹系數(shù)的多尺度預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

熱膨脹系數(shù)是混凝土的主要熱物理特性參數(shù)之一，也是表征混凝土體積穩(wěn)定性的重要參數(shù)。隨著溫度的變化，混凝土?xí)l(fā)生不同程度的熱脹冷縮。溫度變形是引起混凝土結(jié)構(gòu)開裂的主要原因之一，溫度變形的大小由變溫幅度和熱膨脹系數(shù)共同決定，因此，熱膨脹系數(shù)是計(jì)算結(jié)構(gòu)溫度變形的重要因素。

目前對(duì)于混凝土熱膨脹系數(shù)的研究多通過宏觀試驗(yàn)方法進(jìn)行，宏觀層次的研究無(wú)法揭示混凝土材料的本質(zhì)。多尺度方法能夠考慮材料不同尺度的結(jié)構(gòu)特征，實(shí)現(xiàn)基于微觀結(jié)構(gòu)信息獲取宏觀有效性能的目的。將多尺度方法引入到混凝土研究中，對(duì)于預(yù)測(cè)混凝土宏觀性能，優(yōu)化混凝土材料設(shè)計(jì)具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種硬化混凝土熱膨脹系數(shù)的多尺度預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明根據(jù)混凝土的配合比、水泥種類、粗、細(xì)骨料的種類等參數(shù)，采用多尺度方法即可確定熱膨脹系數(shù)，從而為控制與評(píng)價(jià)混凝土的溫度裂縫提供準(zhǔn)確參數(shù)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種硬化混凝土熱膨脹系數(shù)的多尺度預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

(1)將混凝土按照微觀結(jié)構(gòu)組成劃分為不同尺度，不同尺度包含不同物相。

(2)分別獲得步驟(1)劃分的不同尺度中不同物相的體積百分含量。

(3)從最小尺度開始向上逐步采用均勻化方法，根據(jù)步驟(2)得到的不同尺度中不同物相的體積百分含量計(jì)算各尺度的體積模量

其中，k_r、f_r分別為尺度X第r個(gè)物相的體積模量、體積分?jǐn)?shù)等；k₀為尺度X參考介質(zhì)的體積模量，g₀為尺度X參考介質(zhì)的剪切模量；最終得到混凝土的體積模量

(4)從最小尺度開始向上逐步采用均勻化方法，根據(jù)步驟(2)得到的不同尺度中不同物相的體積百分含量計(jì)算各尺度的溫度應(yīng)力系數(shù)

其中，κ_r為尺度X第r個(gè)物相的溫度應(yīng)力系數(shù)；最終得到混凝土的溫度應(yīng)力系數(shù)

(5)根據(jù)步驟(3)和步驟(4)得到的混凝土的體積模量和溫度應(yīng)力系數(shù)計(jì)算混凝土的基本熱膨脹系數(shù)α_c1：

(6)根據(jù)步驟(3)得到的混凝土的體積模量計(jì)算混凝土的附加熱膨脹系數(shù)α_c2：

其中，S為混凝土的飽和系數(shù)；ΔT表示溫度的變化；K_s為混凝土固相骨架的體積模量；Δp為由于溫度和相對(duì)濕度變化引起的毛細(xì)壓力p變化。

(7)根據(jù)步驟(5)和步驟(6)得到的混凝土的基本熱膨脹系數(shù)α_c1和附加熱膨脹系數(shù)α_c2，計(jì)算混凝土的熱膨脹系數(shù)α_c：