[01457030]混凝土性能的水作用机理与控制方法

该项目属于水工结构领域。 混凝土结构经常在水环境中工作,同时也不可避免地遭受到动荷载和侵蚀因子的作用。在动荷载和水压力的共同作用下,外界水会发生迁移,与混凝土内部的水分相互作用,此时混凝土的破坏模式和机理与空气环境中工作的混凝土有很大区别。因此研究混凝土性能的水作用机理与控制方法具有重要的理论价值。该项目在国家杰出青年基金等国家级课题支持下,紧紧围绕混凝土水作用问题,从细观分析和宏观试验两个尺度,揭示水对混凝土宏观性能的作用机理和影响规律,并探讨改善混凝土结构宏观性能的方法和途径,为提高和改善混凝土性能提供理论基础和方法支持,对水工混凝土结构的建设具有重要的理论意义和潜在的应用价值。 主要发现点如下： （1）发现了水（水用量、内部自由水、真实水环境荷载）的作用是影响混凝土性能的主要因素。建立了考虑考自由水粘性和材料惯性的混凝土率效应模型,发现自由水对混凝土的强度有较大影响。发现了真实水环境荷载作用下的破坏模式不同于机械围压荷载下的破坏模式。发现了克服轻骨料上浮的骨料临界吸水率,提出了考虑骨料吸水效应的混凝土性能设计方法。 （2）发现了骨料和界面是影响混凝土侵蚀因子扩散性能的关键因素。发现了骨料级配、形状、界面厚度和界面氯离子扩散系数是影响混凝土氯离子扩散的关键因素,建立了细观层次上混凝土氯离子扩散的格构模型,揭示了骨料形状和界面对水工混凝土氯离子扩散系数效应的影响规律。还通过实验发现了硫酸根离子对混凝土性能劣化的影响规律。 （3）发现了有效改善混凝土材料结构宏观性能的两种有效方法和途径。提出了利用碳纳米管改善混凝土宏观韧性的方法。建立了钢筋与混凝土界面在复杂侧向约束应力场下的粘结本构关系,提出了利用形状记忆合金驱动的预应力效应提高混凝土结构承载能力的方法。 科学价值：项目发现了水是影响混凝土宏观性能的关键因素,内部水含量对混凝土的性能有重要影响,外部水环境荷载不仅对混凝土的性能有很大影响,而且影响混凝土的宏观破坏模式。项目提出了改善提高控制混凝土材料结构性能的有效方法和可靠途径,为混凝土宏细观性能分析和控制奠定了理论基础。 引用和评价：项目相关研究成果在混凝土性能的水作用机理与控制方法等相关研究领域得到了国际、国内院士、著名学者的广泛正面引用和评述。如英国皇家工程院院士N. R. Buenfeld在其发表的论文中肯定了本成果的发现“对于给定的界面与水泥石氯离子扩散系数比,混凝土氯离子扩散系数随着椭圆骨料长细比的增大而减小。”中国科学院院士林皋在其发表的论文中肯定了本成果关于混凝土在低应变率作用下孔隙中的自由水阻止裂纹扩展的Stafen效应解释。本项目发表的10篇代表性论文,在科学引文索引（SCI-Expanded）中,被引用256次,其中他引221次,单篇最高他引48次。