混凝土溫傳濕范文

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摘要：利用400mm×400mm×160mm塊狀試件，構(gòu)造了混凝土內(nèi)部濕分遷移的半無(wú)限平面模型.在等溫環(huán)境下，測(cè)量了第一飽和狀態(tài)下混凝土向非飽和空氣介質(zhì)傳濕的全過(guò)程.利用Boltzmamn變量η，導(dǎo)出了混凝土濕度控制方程的常微分形式，并將其中的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Dm表示為顯函數(shù)，便于試驗(yàn)確定.研究表明：Boltzmamn變量與混凝土的相對(duì)濕度H具有良好的規(guī)律性，η～H可以用四次多項(xiàng)式擬合；混凝土的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)嚴(yán)重地依賴于當(dāng)前狀態(tài)下的相對(duì)濕度H，且均可以用三次多項(xiàng)式表達(dá)；在同一濕度條件下，碾壓混凝土的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)為常態(tài)混凝土的4～12倍.研究成果可為混凝土表面保護(hù)與抗裂設(shè)計(jì)提供參考.

關(guān)鍵詞：混凝土相對(duì)濕度Boltzmamn變量質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)

產(chǎn)生混凝土表面裂縫的一個(gè)重要因素是混凝土表面的干縮應(yīng)力或濕差應(yīng)力.混凝土表面的濕度梯度，以及由此而產(chǎn)生的濕差應(yīng)力，取決于混凝土的濕擴(kuò)散速度.由于混凝土的濕擴(kuò)散速度(以質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Dm表示)強(qiáng)烈地依賴于混凝土本身的濕度狀態(tài)[1]，且由于混凝土的含濕狀態(tài)難以準(zhǔn)確地測(cè)量，所以，長(zhǎng)期以來(lái)，混凝土濕度控制方程的求解進(jìn)展緩慢，混凝土的表面裂縫問(wèn)題在理論上并沒(méi)有很好地解決.本文利用混凝土內(nèi)部的相對(duì)濕度H與混凝土的體積含濕率ω(或重量含濕率)在一定濕度范圍內(nèi)的線性關(guān)系H=f(ω)=Kω+B(見(jiàn)圖1)[2]，在等溫環(huán)境下，測(cè)試了第一飽和狀態(tài)下混凝土與碾壓混凝土向非飽和空氣介質(zhì)傳濕的全過(guò)程，得到了相對(duì)濕度從70%到100%范圍內(nèi)，兩種混凝土的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，為進(jìn)一步研究混凝土的溫濕度耦合作用打下基礎(chǔ).

圖1混凝土材料相對(duì)濕度與重量含濕率

1混凝土濕度擴(kuò)散方程與Boltzmamn變量

文獻(xiàn)[3]研究了多孔介質(zhì)溫濕度耦合控制方程.在特定尺度意義下，混凝土是一種典型的多孔介質(zhì).忽略重力的影響，并將孔隙中蒸汽壓力與毛細(xì)吸力轉(zhuǎn)化為溫度與濕度的函數(shù)后，混凝土的濕度擴(kuò)散方程可以簡(jiǎn)單地表示為[3]：

(1)

式中：Dm為在沒(méi)有溫度變化的情況下混凝土濕份遷移的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，單位：m2/h，它是混凝土散濕能力與保濕能力的綜合表示，表明物體內(nèi)部濕度趨于一致的能力，它實(shí)際上是含濕度的函數(shù)，即Dm=Dm(ω)，正是由于這一關(guān)系，使得式(1)成為了經(jīng)典的非線性微分方程，使理論解法幾乎失去可能；Dt為溫度變化引起濕份遷移的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，簡(jiǎn)稱熱質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，單位：m2/h℃.為了使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，假設(shè)介質(zhì)與環(huán)境的初始溫度是均勻的，且在等溫環(huán)境中濕分?jǐn)U散引起的混凝土溫度改變可以忽略不計(jì)[3]，那么式(1)可變?yōu)?/p>

(2)

基于混凝土濕分表示的線性假定，H=Kω+B，式(2)的另一種表達(dá)式為：

(3)

相應(yīng)地，Dm=Dm(ω)變成Dm=Dm(H).一種求質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的方法是Bruce和Klute在研究土壤的入滲問(wèn)題時(shí)提出來(lái)的[4].其基本思路是：在一維情況下，假定混凝土干燥前沿的推進(jìn)速率反比于τ1/2，那么，單位面積混凝土的累計(jì)散濕量I就正比于τ1/2，即I=Sτ1/2.其中，S為混凝土的干燥度.事實(shí)上，按物理意義，從τ0時(shí)刻到τ時(shí)刻，單位面積混凝土的累計(jì)散濕量(H1為τ時(shí)刻混凝土的相對(duì)濕度，H0為τ0時(shí)混凝土的初始相對(duì)濕度，x為測(cè)點(diǎn)離散濕表面的距離)，于是

（4）

其中Boltzmamn變量η=xτ-1/2，也就是根據(jù)復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)規(guī)則，可將式(2a)變成：

d/dη(DmdH/dη)+1/2ηdH/dη=0(4)

顯然，H=H(η)或η=η(H)均是式(2a)的解.由式(4)經(jīng)代數(shù)運(yùn)算即可以得：

Dm=-1/2dη/dH(5)

因此，只要用實(shí)驗(yàn)的方法確定某一時(shí)刻混凝土試件中含濕率隨坐標(biāo)x的分布規(guī)律，或某一特定截面上含濕率隨時(shí)間的變化規(guī)律，就可以得到η與H的離散關(guān)系.如果η與H的規(guī)律性很好，即可擬合試驗(yàn)成果，形成η=η(H)的函數(shù)關(guān)系，按式(5)確定Dm.