【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混凝土，特别是涉及一种考虑温湿度耦合效应且基于等效龄期的混凝土湿扩散系数预测方法。
技术介绍
1、混凝土是世界上用量最大的人造材料，广泛用于建筑物、桥梁、港口、道路等工程中。混凝土成型后其内部相对湿度接近100％并高于环境湿度，进而使得内部水分向外界扩散，形成湿度差，从而导致结构混凝土变形甚至开裂，降低耐久性。因此，准确预测混凝土湿度场及材料参数、边界条件的影响，是降低混凝土因湿度变化引起开裂的关键环节。正如下混凝土湿含量控制方程所示，湿扩散系数是决定湿度场的关键材料参数。其中d为湿扩散系数，m为水含量，ms为反应耗水量。过去在确定混凝土湿扩散系数时，未能考虑实际工程不同位置混凝土所经历的温度历史不同的影响。事实上，实际结构不同位置的混凝土浇筑后，所经历的温度历史是不同的，意味着不同位置的混凝土成熟度和孔结构是有差异的，也就是说，不同位置相同龄期的混凝土的湿扩散系数是不一样的。本技术可弥补现有技术的不足，大幅提高湿扩散系数的预测准确度。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术测量的混凝土湿扩散系数与工程实际混凝土匹配性不高的问题，本专利技术提供了一种可依靠室内标准条件的测试数据准确预测任一温度历史、任一龄期的混凝土，在某瞬时温度和相对湿度时的湿扩散系数的方法，以提高对工程实际中混凝土湿扩散系数的预测。
2、本专利技术采用的技术方案：一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，通过测量在标准温度和湿度下养护至不同龄期获得不同成熟度的混凝土试样、
3、步骤一：定义d20,99％(t,t)为t温度下反应t时间的混凝土试样，在混凝土温度20℃内部相对湿度为99％瞬时，在环境温度20℃、相对湿度90％时实际测量的标准湿扩散系数；
4、步骤二：依据实际工程混凝土配合比制备圆柱形混凝土试样并标准条件养护至多个龄期；
5、步骤三：采用湿扩散系数测量装置测量标准条件养护时间为t1 t2…tn时的n个成熟度的混凝土试样，在混凝土20℃温度、99％内部相对湿度，环境温度20℃、环境相对湿度90％时，测量的标准湿扩散系数d20,99％(20℃,t1)、d20,99％(20℃,t2)…d20,99％(20℃,tn)；建立标准湿扩散系数与成熟度或龄期的定量关系d20,99％(20℃,t)；
6、步骤四：依据成熟度理论，基于等效龄期方法计算任意养护温度历史t下养护t时间的成熟度，基于步骤三的标准湿扩散系数与成熟度或龄期的关系，获得任意温度历史和龄期下养护的混凝土的标准湿扩散系数d20,99％(t,t)，其表达式为：
7、
8、其中，ea表示胶凝材料的水化等反应活化能，kj/mol；r表示气体常数，8.314j/(mol·k)；t表示温度，k；t表示龄期，d；△t为0到t的龄期间隔；
9、步骤五：考虑温度对湿扩散系数的影响，即实际工程中混凝土某个时刻的温度为t’，相应的瞬时湿扩散系数为dt',99％(t,t)，其表达为：
10、
11、其中，ea表示胶凝材料的水化等反应活化能，kj/mol；r表示气体常数，8.314j/(mol·k)；t表示温度，k；t表示龄期，d；ead为混凝土的水分扩散活化能，kj/mol；△t为0到t的龄期间隔；
12、步骤六：依据湿扩散系数与相对湿度经典的“s”型关系曲线，可知任一养护温度历史t、任一龄期t、任一成熟度的混凝土，在任一内部相对湿度h的瞬时湿扩散系数为dt',h(t,t)，其表达式为：
13、
14、其中，ea表示胶凝材料的水化等反应活化能，kj/mol；r表示气体常数，8.314j/(mol·k)；t表示温度，k；t表示龄期，d；b表示龄期影响系数；ead为混凝土的水分扩散活化能，kj/mol；△t为0到t的龄期间隔；h为混凝土内部相对湿度；n为环境湿度影响指数。
15、作为优选，所述步骤二中的标准条件为养护温度20℃，养护的环境相对湿度为90％以上。
16、作为优选，所述步骤二中的圆柱形混凝土试样的尺寸为直径100mm，厚度10mm。
17、作为优选，所述步骤三中的湿扩散系数测量装置包含容器、海绵柱和水。
18、作为优选，所述步骤三中的tn为混凝土在20℃、90％以上环境相对湿度下的养护龄期，依据混凝土水灰比及密封性可从1d到28d。
19、作为优选，所述步骤四中的ea的取值来自不同温度与龄期下胶凝材料的水化等化学反应热值或化学结合水测量值采用非线性最小二乘法拟合得到。
20、作为优选，所述步骤四中等效龄期计算方法为：其中，ea表示胶凝材料的水化等反应活化能，kj/mol；r表示气体常数，8.314j/(mol·k)；t表示温度，k；t表示龄期，d；△t为0到t的龄期间隔；
21、该公式是基于阿伦尼乌斯方程方程以及成熟度理论得到。
22、作为优选，所述步骤六中的龄期影响指数b通过测量混凝土不同龄期的湿扩散系数并拟合湿扩散系数与龄期的关系得到。
23、作为优选，所述步骤五中的混凝土的水分扩散活化能ead是通过阿伦尼乌斯公式法得到：其中d是湿扩散系数，d0是湿扩散系数因子，ead是混凝土的水分扩散活化能，kj/mol，r是气体常数，8.314j/(mol·k)，t是绝对温度，k；通过公式两边取对数得到：通过实验测量不同温度下的湿扩散系数d，并作lnd对1/t的图，得到的斜率为-ead/r，从而计算出混凝土的水分扩散活化能ead。
24、作为优选，所述步骤六中的环境湿度影响指数n是通过测量相同成熟度与环境温度时，不同环境湿度所对应湿扩散系数值拟合得到。
25、有益效果：本专利技术提出的方法提供了一种可依靠室内标准条件的测试数据准确预测任一温度历史、任一龄期，即任一成熟度混凝土，在任一瞬时温度和内部相对湿度下的湿扩散系数方法，提升了预测准确率且节省大量时间和人工成本。
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1.一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤二中的标准条件为养护温度20℃，养护的环境相对湿度为90％以上。
3.根据权利要求2所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤二中的圆柱形混凝土试样的尺寸为直径100mm，厚度10mm。
4.根据权利要求3所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤三中的湿扩散系数测量装置包含容器、海绵柱和水。
5.根据权利要求4所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤三中的tn为混凝土在20℃、90％以上环境相对湿度下的养护龄期，依据混凝土水灰比及密封性从1d到28d。
6.根据权利要求5所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤四中的Ea的取值来自不同温度与龄期下胶凝材料的水化的化学反应热值或化学结合水测量值采用非线性
7.根据权利要求6所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤四中等效龄期计算方法为：其中，Ea表示胶凝材料的水化的反应活化能，kJ/mol；R表示气体常数，8.314J/(mol·K)；T表示温度，K；t表示龄期，d；△t为0到t的龄期间隔；
8.根据权利要求7所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤六中的龄期影响指数b通过测量混凝土不同龄期的湿扩散系数并拟合湿扩散系数与龄期的关系得到。
9.根据权利要求8所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤五中的混凝土的水分扩散活化能Ead是通过阿伦尼乌斯公式法得到：其中D是湿扩散系数，D0是湿扩散系数因子，Ead是混凝土的水分扩散活化能，kJ/mol，R是气体常数，8.314J/(mol·K)，T是绝对温度，K；通过公式两边取对数得到：通过实验测量不同温度下的湿扩散系数D，并作lnD对1/T的图，得到的斜率为-Ead/R，从而计算出混凝土的水分扩散活化能Ead。
10.根据权利要求9所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤六中的环境湿度影响指数n是通过测量相同成熟度与环境温度时，不同环境湿度所对应湿扩散系数值拟合得到。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤二中的标准条件为养护温度20℃，养护的环境相对湿度为90％以上。
3.根据权利要求2所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤二中的圆柱形混凝土试样的尺寸为直径100mm，厚度10mm。
4.根据权利要求3所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤三中的湿扩散系数测量装置包含容器、海绵柱和水。
5.根据权利要求4所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤三中的tn为混凝土在20℃、90％以上环境相对湿度下的养护龄期，依据混凝土水灰比及密封性从1d到28d。
6.根据权利要求5所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数预测方法，其特征在于：所述步骤四中的ea的取值来自不同温度与龄期下胶凝材料的水化的化学反应热值或化学结合水测量值采用非线性最小二乘法拟合得到。
7.根据权利要求6所述的一种考虑湿热耦合效应和等效龄期的湿扩散系数...
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