現(xiàn)代水泥基材料的微結(jié)構(gòu)形成過程三維重構(gòu)及其傳輸性能研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，基礎(chǔ)工程建設(shè)規(guī)?？涨埃允褂玫V物摻合料和高效減水劑為代表的現(xiàn)代混凝土得到廣泛應(yīng)用，既降低了環(huán)境污染，節(jié)約了能源和資源，又大幅度地提高了砼的工作性能和物理力學(xué)性能。然而，大量基礎(chǔ)工程處于海洋、港口、鹽湖以及北方低溫等嚴(yán)酷自然環(huán)境中，混凝土在服役過程中過早地出現(xiàn)損傷劣化，耐久性問題日益突顯，對人民生命財產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的威脅。
　　 本文基于傳輸理論及多尺度方法系統(tǒng)分析了侵蝕性介質(zhì)在混凝土的孔、界面和裂紋等通

2、道中侵入過程，探討了傳輸通道的形成以及介質(zhì)傳輸速度與混凝土微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，取得的成果如下:
　　 采用CEMHYD3D水化模型基于真實膠凝材料粒徑分布、礦物組成等信息，模擬膠凝材料水化過程，獲取水化產(chǎn)物、水化過程各種理化參數(shù)，以及不同水化程度下微結(jié)構(gòu)信息，探索現(xiàn)代混凝土材料微結(jié)構(gòu)形成機理。自行開發(fā)了適用于CEMHYD3D——模型的BSE-EDS圖片數(shù)字化處理程序，定量分析了不同水灰比(0.23、0.35、0.53)、礦物摻合

3、料種類（粉煤灰和礦渣）與摻量(30％、50％、70％)等關(guān)鍵因素對現(xiàn)代水泥基復(fù)合材料早期水化機理與3D微結(jié)構(gòu)形成過程的影響規(guī)律。通過與大量試驗數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)該模型預(yù)測精度高。該水化模型為研究現(xiàn)代水泥基復(fù)合材料早期凝結(jié)硬化過程、微結(jié)構(gòu)形成機理奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。
　　 基于混凝土微結(jié)構(gòu)特征和氯離子傳輸特點，將混凝土劃分為三個尺度:(1)納米尺度，考慮高密與低密兩種C-S-H凝膠;(2)微米尺度，考慮水化產(chǎn)物、未水化水泥顆粒與毛細孔;(3

4、)毫米尺度，考慮水泥基體、界面過渡區(qū)和集料。在不同尺度下，利用計算機技術(shù)重構(gòu)了C-S-H、水泥凈漿和砼的3D微結(jié)構(gòu)，并計算出對應(yīng)的氯離子擴散系數(shù)，最后采用多尺度過度理論建立了從納觀→微觀→宏觀的現(xiàn)代混凝土氯離子傳輸模型。另外，本文還改進了硬芯軟殼模型(HCSS)，并以該模型模擬了帶裂縫砼的3D微結(jié)構(gòu)，分析了裂紋體積分?jǐn)?shù)、長度和深度等參數(shù)對砼傳輸性能的影響。上述模型為預(yù)測嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土的服役壽命預(yù)測提供了理論指導(dǎo)。
　　 為了驗