养护条件对混凝土毛细吸水性能影响的试验研究开题报告

1、大连理工大学大学生创新创业训练计划项目开题报告项 目 编 号：2015101410743项 目 名 称：养护条件对混凝土毛细吸水性能影响的试验研究项 目 级 别：项目负责人：马海军项 目 类 型：创新训练指 导 教 师：王立成（教授）所在学部学院：建设工程学部教务处制1.项目来源及研究的目的和意义混凝土初期养护条件，尤其是早期养护过程温度和湿度条件的控制，对混凝土的水化硬化速度、微观结构特性、强度发展和耐久性均有着重要影响，特别对混凝土表层孔隙结构及分布的影响尤为明显1-2。混凝土的毛细吸水性能与材料自身的孔隙结构及分布密切相关，是表征混凝土耐久性能的重要指标。在非饱和状态下，水作为侵蚀性介质

2、迁移的载体，主要通过孔隙液体表面张力产生的毛细吸附侵入混凝土材料的内部，造成钢筋混凝土结构的膨胀、开裂以及钢筋的锈蚀。对不同养护条件下混凝土毛细吸水性能的研究，可为混凝土耐久性的发展提供理论依据。但是，实验室中的操作环境和施工现场的条件相差很大，采用实验室条件测试混凝土的力学性能往往无法代表实际结构中的混凝土。因此，建立二者之间的联系对于准确把握实际工程中混凝土的质量及力学性能具有重要意义。2国内外研究概况及发展趋势近年来，国内外许多学者已经对混凝土毛细吸水性能已经做了大量研究3-12。混凝土的毛细吸水性能理论得到不断的完善，研究方法和手段也得到了不断的改进和创新。国外在这一领域的研究具有一定

3、基础，而国内在这一方面仍没有得到足够重视与系统的研究3，其国内外的发展状况分别如下：国外方面：通过采用较多的核磁共振（NMR）、伽马射线或中子射线照相技术（NR）技术实现了混凝土中水分动态迁移测试13-17，通过材料内部的水分分布规律，认识和研究了混凝土中水分的传输机理、分布规律及预测分析方法，得到了有价值的数据和重要结论。例如： Hall、Lockington等4-9建立了水分在混凝土内部传输的扩展Darcy方程，并利用试验验证水分扩散系数D(q)采用指数或幂函数形式均可得到传输方程的近似解；Hanzic和Ilic12通过中子成像技术建立了吸水率S（sorptivity）与毛细管系

4、数k（capillarity）之间的关系，发现两者的比值大约在5.5±0.6范围内。国内方面：王新友等3综合论述了混凝土在不同环境条件下水分迁移机理与理论模型，以及国外在该领域的最新研究进展。张鹏18,19利用中子放射装置开展了带有单条裂缝混凝土中水分侵入的跟踪测试，并发现宏观、微观裂缝对水分传输速度有重要影响。王立成和李淑红20-22研究了不同荷载水平（70%、80%、90%）、不同加载方式作用下对卸载后混凝土试件开展毛细吸水试验，通过监测混凝土累积吸水量，发现外荷载引起混凝土孔隙率的改变很大程度上影响着混凝土的吸水性能。林鹏等通过对温度、湿度及养护时间的控制，研究了不同养护条件下

5、对C20泵送混凝土的强度及孔结构的影响，并且，在林鹏等人的研究成果中，指出，保持适当的养护湿度是保证混凝土强度持续增长的必要条件，这对在实际工程施工中的混凝土养护有重要的指导意义。虽然国内外进行了很多关于混凝土养护条件的变化对混凝土各项相关性能(比如毛细吸水性能、孔结构的变化、强度的变化等)的影响的实验，但是对于在实际施工操作过程中由于各项环境因素的不可控，进而可能导致的混凝土性能的下降等问题都尚未得出系统的联系和具体实践性的指导和改进措施。但是事实上，我们进行实验的最终目的就是为了能够服务于实际的生产活动，因此建立起实验室条件下和实际条件下养护条件的变化对混凝土力学性能、耐久性等的影响的联系

6、，对实际生产提出改进措施，在保证工程质量、节能减排等方面都具有很重要的现实意义。3.项目主要研究内容（1）不同养护条件对混凝土毛细吸水性能影响规律研究利用改进的毛细吸水试验装置，开展不同养护条件（实验室标准养护、自然状态养护、浸水养护）下、不同温度条件下（实验室标准温度养护、自然状态下养护）试件不同位置处（表层、中部、底部）的毛细吸水试验，分析不同条件下吸水率的变化规律，揭示养护条件对混凝土中水分传输速度的作用机理和水分含量分布规律。（2）不同养护条件对混凝土强度和孔隙率指标的影响规律研究利用不同养护条件下混凝土试件，分别开展混凝土强度(抗压强度、弹性模量)和孔隙率指标的测试，分析并揭示养护条

7、件对两种指标的影响程度，建立施工现场（自然、浸水状态）和实验室条件（标准养护）下混凝土力学性能的关系。通过对试件强度和孔隙率指标的测试，建立两者与吸水率的关系，并结合混凝土毛细吸水理论，揭示不同养护条件对混凝土毛细吸水的影响规律和作用机理。混凝土的养护条件，影响着混凝土的水化硬化速度、微观结构特性、强度发展，利用抗压强度和孔隙率指标来表征，利用毛细吸水测试，建立两者与吸水率的关系，根据试验数据结果，分析养护条件对混凝土质量和强度的影响规律，建立不同养护条件下施工现场混凝土性质和实验室条件下混凝土性能的关系，为实际工程中混凝土性能方面理论的发展提供有利依据。4.已完成的前期研究及成果（1）改进的

8、毛细吸水试验装置，测量不同养护条件、试件不同位置处的累积吸水量，实现了测试过程的连续性。传统的测重法是将试件某一侧面与水接触，一定时间后取出，擦干接触表面，通过称量吸水前后试件的质量差，计算单位面积吸水量i，得到累积吸水量曲线。该方法需多次取出试件，手工擦干，测重过程耗费时间，容易带来较大操作和人为误差；另一方面，无法实现动态观测试件的吸水过程，得到的数据点较少且缺少连续性。本项目拟通过改进后的毛细吸水装置，对不同养护条件下混凝土试件开展毛细吸水试验，实现试件的动态观测。（2）混凝土试件模型已经成型，并且混凝土已经拆模开始了不同条件下的养护。5.项目研究方案、进度安排及预期达到的目标1）项目研

9、究方案（1）改进的毛细吸水试验装置，测量不同养护条件（自然养护、浸水养护、标准养护）、试件不同位置处（试件上、中、下）的累积吸水量，实现了测试过程的连续性。（2）通过对试件强度和孔隙率指标的测试，建立两者与吸水率的关系，并结合混凝土毛细吸水理论，揭示不同养护条件对混凝土毛细吸水的影响规律和作用机理。2）进度安排（1）起止时间：2014.122015.12，具体时间安排如下：2014.122015.02：查阅文献，总结研究相关内容的发展现状，制定详细试验方案和计划安排。2015.032015.06：购买试验材料，浇筑并养护试件，加工、调试试验装置。2015.072015.08：开展试件抗压强度和

10、孔隙率指标的试验。2015.092015.10：开展试件不同养护条件、不同位置处的毛细吸水试验。2015.112015.12：处理与分析试验数据，填写结题表，撰写研究论文和总结报告。3）预期达到的目标（1）对于不同养护条件下混凝土毛细吸水研究，提出简单且实验室易操作的试验方法；（2）对试件强度和孔隙率指标的测试，建立两者与吸水率的关系，揭示不同养护条件对混凝土毛细吸水的影响规律和作用机理；（3）分析养护条件对混凝土质量和强度的影响规律，建立不同养护条件下施工现场混凝土性质和实验室条件下混凝土性能的关系，为实际工程中混凝土性能方面理论的发展提供有利依据；（4）计划发表国内外学术期刊论文12篇。6

11、. 存在的问题以及解决的方案目前，采用的这些尖端仪器设备和测量技术在普通试验室里实现起来较为困难，而且采用试块吸水前后测量的质量差来衡量吸水率的传统测重方法，需人工擦拭试件表面，容易带来操作和人为误差，以及获得的试验数据点也较少，缺少连续性。另一方面，目前报道的相关研究没有考虑养护条件对混凝土质量和强度的影响，并且忽略了施工现场与实验室条件下的混凝土性能之间差异，未能准确把握实际工程中混凝土的力学性能。实验室改进了毛细吸水试验装置，测量不同养护条件、试件不同位置处的累积吸水量，实现了测试过程的连续性和试件的动态观测。参考文献：1 Tasdemir C. 

12、Combined effects of mineral admixtures and curing conditions on the sorptivity coefficient of concreteJ. Cement and Concrete Research, 2003, 33(10): 1637-1642.2 李美利, 钱觉时, 徐姗姗等. 养护条件对混凝土表面层性能的影响J. 建筑材料学报, 2009, 12(6): 724-728.3 王新友, 蒋正武, 高相东等. 混凝土中水分迁移机理与模型研究评述

13、J. 建筑材料学报, 2002, 5(1): 66-71.4 Hall C, Hoff W D, Taloy S C. Water Anomaly in Capillary Liquid Absorption by Cement-Based MaterialsJ. Journal of materials science letters, 1995, 14(7): 1178-1181.5 Hall C. Water Sorptivity of Mortars and Concretes: A ReviewJ. Magazine of concrete research, 1989,

14、41(147):  51-616 Hall C, Raymond M H. Water Movement in Porous Building Materials-. The Water Absorption and Sorptivity of ConcretesJ. Building and Environment, 1987, 22(1): 77-827 Hall C, Thomas.Kam-Ming Tse. Water Movement in Porous Building Materials-, The Sorptivity of MortarsJ. Building an

15、d Environment, 1986, 21(2): 113-1188 Lockington D, Parlange J Y, Dux P. Sorptivity and the Estimation of Water Penetration into Unsaturated ConcreteJ. Materials and Structures, 1999, 2(5): 342-3479 Lockington D C, Parlange J Y. Anomalous Water Absorption in Porous MaterialsJ. Journal of physics D: A

16、pplied Physics, 2003, 36(6): 760-767.10 Lunk P. Penetration of Water and Salt Solutions into Concrete by Capillary SuctionJ. Journal of Restoration of Buildings and Monuments, 1998, 4(4): 399-422.11 Martys N S, Ferraris C F. Capillary Transport in Mortars and ConcreteJ. Cement and Concrete Research,

17、 1997, 27(5): 747-760.12 Hanzic L and Ilic R. Relationship between liquid sorptivity and capillarity in concrete. Cement and Concrete Research, 2003, 33(9): 1385-1388.13 Leech C, Lockington D, Dux P. Unsaturated diffusivity functions for concrete derived from NMR imagesJ. Materials and Structures, 2

18、003, 36(6): 413-418.14 Gummerson R J, Hall C, Hoff W, et al. Unsaturated water flow within porous materials observed by NMR imagingJ. Nature, 1979, 281: 56-57.15 Carpenter T A, Davies E S, Hall C, et al. Capillary water migration in rock: process and material properties examined by NMR imagingJ. Mat

19、erials and Structures, 1993, 26(5): 286-292.16 Pel L, Brocken H and Kopinga K. Determination of moisture diffusivity in porous media using moisture concentration profilesJ. International Journal of Heat Mass Transfer, 1996, 39(6): 1273-1280.17 Pel L, Kopinga K, Brocken H. Determination of moisture profiles in porous building materials by