靜荷載和冰凍耦合因素作用下水泥基材料的劣化研究.pdf

1、為避免大量的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，或?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室條件無(wú)法達(dá)到的極端環(huán)境下材料性能研究，代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的“計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)”已成為土木工程材料研究領(lǐng)域重要的研究手段之一。本文采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，以水泥基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)演變?yōu)橹骶€，根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系、力學(xué)和環(huán)境因素作用引起的微觀結(jié)構(gòu)劣化的關(guān)系，建立了靜荷載和冰凍因素單獨(dú)及耦合作用下水泥基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)劣化模型，并分別研究了劣化后的水泥漿體的力學(xué)性能和擴(kuò)散性能。
　　針對(duì)以水泥水化和

2、微觀結(jié)構(gòu)的形成模型HYMOSTRUC3D模擬得到水泥漿體的虛擬結(jié)構(gòu)，提出了計(jì)算其孔徑分布的算法，并通過與壓汞試驗(yàn)和背散射電子圖像分析得到的數(shù)據(jù)相比較驗(yàn)證了該算法的可靠性。
　　在力學(xué)方面，分別介紹了基于顆粒結(jié)構(gòu)和基于像素結(jié)構(gòu)的三維格構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的建立方法與斷裂分析過程，展示了采用三維格構(gòu)斷裂模型預(yù)測(cè)水泥漿體抗拉強(qiáng)度、彈性模量、損傷參數(shù)等的方法。
　　在傳輸性能方面，本文提出了采用隨機(jī)行走算法將宏觀離子擴(kuò)散行為和微觀粒子的布朗運(yùn)動(dòng)相

3、關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)無(wú)損水泥漿體擴(kuò)散系數(shù)的統(tǒng)計(jì)方法，和通過將水化水泥漿體中的各相轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袛U(kuò)散能力的格構(gòu)傳輸單元，建立了可以預(yù)測(cè)帶微裂縫的水泥漿體擴(kuò)散系數(shù)的三維格構(gòu)傳輸模型，并通過與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)比較驗(yàn)證了這兩個(gè)方法的可靠性。
　　冰凍作用是導(dǎo)致嚴(yán)寒地區(qū)土木工程材料耐久性降低和服役壽命縮短的重要因素之一。根據(jù)不同冰凍條件下造成水泥基復(fù)合材料破壞的靜水壓理論和冰的結(jié)晶壓理論，分別建立了考慮由水的相變體積膨脹和冰的結(jié)晶壓力作為破壞應(yīng)力來源的飽水水泥漿

4、體的微觀結(jié)構(gòu)損傷模型。并采用環(huán)境掃描電鏡和X射線斷層掃描儀作為試驗(yàn)手段研究了飽水水泥凈漿經(jīng)歷若干凍融循環(huán)后的微觀結(jié)構(gòu)演變，間接驗(yàn)證了所提出的飽水水泥漿體冰凍損傷模型的可靠性。
　　力學(xué)和環(huán)境因素的耦合作用會(huì)加劇水泥基復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的劣化致使其服役性能降低。以飽水水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)為主線，建立了預(yù)測(cè)外荷載和冰凍耦合因素作用下飽水水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)劣化模型。然后，根據(jù)劣化后的微觀結(jié)構(gòu)和預(yù)測(cè)材料力學(xué)性能和擴(kuò)散性能的計(jì)算模型，分別研究了