[发明专利]一种混凝土早龄期热膨胀系数多尺度模型的预测方法

权利要求书

1.一种混凝土早龄期热膨胀系数多尺度模型的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将混凝土按照微观结构组成划分为不同尺度，不同尺度包含不同物相；

（2）分别获得步骤（1）划分的不同尺度中不同物相的体积百分含量；

（3）从最小尺度开始向上逐步采用均匀化方法，根据步骤（2）得到的不同尺度中不同物相的体积百分含量，计算各尺度的排水热膨胀系数和不排水热膨胀系数：

其中，为尺度X的孔隙率，为尺度X孔隙水的热膨胀系数，为孔隙水的体积模量，为尺度X的体积模量，为尺度X的温度应力系数，为尺度X的Biot系数，为尺度X的Biot模量，为尺度X的热孔隙率变化系数；分别按下述公式计算：

其中，分别为尺度X第r个物相的体积模量、体积分数，为尺度X第r个物相的温度应力系数，为尺度X参考介质的体积模量，为尺度X的剪切模量；按照以下公式计算：

其中，为尺度X第r个物相的剪切模量；，为尺度X参考介质的剪切模量；最终得到混凝土的体积模量、不排水热膨胀系数和排水热膨胀系数；

（4）根据步骤（2）~（3）得到混凝土早龄期各时刻的体积模量、不排水热膨胀系数和排水热膨胀系数，计算混凝土早龄期t时刻的热膨胀系数：

其中，为初凝时间，为终凝时间；为t时刻的附加热膨胀系数，按下述公式计算：

其中，为混凝土的饱和系数，表示温度的变化，为混凝土固相骨架的体积模量，为由于温度和相对湿度变化引起的毛细压力变化，为均匀化的混凝土的体积模量。

2.根据权利要求1所述混凝土早龄期热膨胀系数多尺度模型的预测方法，其特征在于，所述步骤（1）具体为：将混凝土按照微观结构组成从小到大依次划分为尺度Ⅰ、尺度Ⅱ、尺度Ⅲ、尺度Ⅳ、尺度Ⅴ、尺度Ⅵ；所述尺度Ⅰ包括水化硅酸钙基本块和纳米孔；所述尺度Ⅱ包括尺度Ⅰ均匀化后的水化硅酸钙固相和凝胶孔；所述尺度Ⅲ包括尺度Ⅱ均匀化后的高密度水化硅酸钙和尺度Ⅱ均匀化后的低密度水化硅酸钙；所述尺度Ⅳ包括尺度Ⅲ均匀化后的水化硅酸钙、氢氧化钙、未水化的水泥颗粒、铝酸盐和毛细孔；所述尺度Ⅴ包括尺度Ⅳ均匀化后的水泥净浆和砂；所述尺度Ⅵ包括尺度Ⅴ均匀化后的水泥砂浆和粗骨料。

3.根据权利要求2所述混凝土早龄期热膨胀系数多尺度模型的预测方法，其特征在于，所述尺度Ⅵ均匀化后得到混凝土。

4.根据权利要求3所述混凝土早龄期热膨胀系数多尺度模型的预测方法，其特征在于，所述步骤（2）具体为：尺度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ上不同物相的体积百分含量由试验得到，或者由Powers模型、Jennings-Tennis模型或CEMHYD3D模型计算得到；尺度Ⅴ、Ⅵ上不同物相的体积百分含量根据混凝土的配合比得到。

5.根据权利要求4所述混凝土早龄期热膨胀系数多尺度模型的预测方法，其特征在于，所述试验为环境扫描电镜试验。

6.根据权利要求3所述混凝土早龄期热膨胀系数多尺度模型的预测方法，其特征在于，所述均匀化方法具体为：在尺度Ⅰ上采用Self-Consistent法计算均匀化的水化硅酸钙固相，参考介质为水化硅酸钙固相；尺度Ⅱ上采用Self-Consistent法计算均匀化的高密度水化硅酸钙和低密度水化硅酸钙，参考介质为高密度水化硅酸钙和低密度水化硅酸钙；尺度Ⅲ上采用Self-Consistent法计算均匀化的水化硅酸钙，参考介质为水化硅酸钙；尺度Ⅳ上采用Self-Consistent法计算均匀化的水泥净浆，参考介质为水泥净浆；尺度Ⅴ上采用Mori-Tanaka法计算均匀化的水泥砂浆，参考介质为水泥净浆；尺度Ⅵ上采用Mori-Tanaka法计算均匀化的混凝土，参考介质为水泥砂浆。

7.根据权利要求1所述混凝土早龄期热膨胀系数多尺度模型的预测方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述混凝土的饱和系数；其中，为单位体积水泥石中可蒸发水的体积含量，为饱水孔隙率。

8.根据权利要求1所述混凝土早龄期热膨胀系数多尺度模型的预测方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述毛细压力；其中，为相对湿度，为理想气体常数，为绝对温度，为水的摩尔体积。