EPS混凝土試驗(yàn)、本構(gòu)模型及節(jié)能評(píng)價(jià)研究.pdf

1、發(fā)泡聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,簡(jiǎn)稱EPS)混凝土是一種新型節(jié)能建筑材料。由于利用廢棄的塑料泡沫作為主要骨料代替混凝土中的部分沙石,所以具有輕質(zhì)、保溫、節(jié)能、利廢、環(huán)保的特性,EPS混凝土的材料研發(fā)與工程應(yīng)用在建筑領(lǐng)域和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中固體廢棄物回收利用方面逐漸成為研究熱點(diǎn)。本文在國(guó)內(nèi)外EPS混凝土前期工作的基礎(chǔ)上,針對(duì)東北地區(qū)建筑高能耗問(wèn)題,從宏觀、粗觀、細(xì)觀、微觀四個(gè)層次對(duì)EPS混凝土的材料組成、結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行

2、了深入的研究,制備一種適用于東北地區(qū)的EPS混凝土材料,進(jìn)行EPS混凝土的配比及各項(xiàng)性能試驗(yàn),并建立了該 EPS混凝土的損傷本構(gòu)模型,為EPS混凝土在東北地區(qū)的工程應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。針對(duì)東北地區(qū)的氣候環(huán)境,構(gòu)建了適用于東北嚴(yán)寒地區(qū)的建筑節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)東北地區(qū)的建筑節(jié)能做出更加科學(xué)的評(píng)價(jià)提供了有利工具,有利于促進(jìn)建筑節(jié)能技術(shù)和新型建筑節(jié)能材料在東北地區(qū)的推廣應(yīng)用。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴對(duì)不同配比的EPS混凝土進(jìn)行了力學(xué)

3、性能試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析得出EPS混凝土抗壓強(qiáng)度與EPS混凝土密度之間的函數(shù)關(guān)系。對(duì)EPS混凝土的各組成成分對(duì)其力學(xué)性能的影響分別進(jìn)行了研究。分析了不同EPS顆粒粒徑大小(2~3mm、3~6mm),不同體積含量(56％、64%、67%)對(duì)EPS混凝土性能的影響。研究了不同硅灰摻量(1%、10%、18%)對(duì)EPS混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。加入不同比例的聚丙烯纖維的EPS混凝土的試驗(yàn)結(jié)果表明,聚丙烯纖維最優(yōu)摻入量為1.3~2.0kg/m3

4、。基于不同水灰比對(duì)抗壓強(qiáng)度影響的分析結(jié)果,建立了可用于配合比設(shè)計(jì)的EPS混凝土強(qiáng)度模型。對(duì)不同強(qiáng)度的EPS混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系特征進(jìn)行了分析,對(duì)于強(qiáng)度較低的EPS混凝土的整個(gè)壓縮曲線表現(xiàn)出明顯的三個(gè)不同的階段:彈性階段、坍塌平臺(tái)階段、應(yīng)變軟化階段;對(duì)于強(qiáng)度大于3MPa的EPS混凝土,其應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以概括為彈性、強(qiáng)化、軟化三個(gè)階段。通過(guò)掃描電鏡試驗(yàn)對(duì)EPS混凝土的微觀形貌進(jìn)行表征,揭示了EPS混凝土受力破壞機(jī)理以及聚丙烯纖維的

5、增強(qiáng)作用機(jī)理。通過(guò)快速凍融試驗(yàn)與濕遷移試驗(yàn)對(duì)EPS混凝土的耐久性能進(jìn)行了研究。通過(guò)X射線衍射化學(xué)成分分析試驗(yàn)確定了EPS混凝土的主要化學(xué)成分。
　?、圃谶B續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)和經(jīng)典塑性力學(xué)的理論框架下,基于混凝土損傷本構(gòu)模型的研究基礎(chǔ),給出了EPS混凝土彈塑性損傷本構(gòu)模型。通過(guò)確定合適的損傷變量,基于彈性Helmholtz自由能建立損傷本構(gòu)方程,在有效應(yīng)力空間定義屈服面來(lái)考慮塑性變形,進(jìn)行了彈塑性損傷本構(gòu)模型的基本公式的推導(dǎo),用試驗(yàn)結(jié)果

6、確定模型參數(shù),給出了單軸受壓\受拉情況下EPS混凝土材料的損傷演化方程、塑性變形的計(jì)算公式和損傷本構(gòu)方程,通過(guò)與EPS混凝土單調(diào)加載作用下的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,對(duì)EPS混凝土彈塑性損傷模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證,EPS混凝土材料的損傷演化行為可以被該模型較好地描述。
　?、前袳PS混凝土看作由EPS圓形骨料和砂漿基體組成的兩相復(fù)合材料進(jìn)行細(xì)觀數(shù)值模擬研究,建立兩種不同的EPS骨料分布模型,分析EPS骨料的變形和相對(duì)位置對(duì)EPS混凝土應(yīng)力