离子传输型抗渗涂料对水泥基材料冻融自修复的影响

通过对水泥砂浆的基准样和离子传输型抗渗涂层试样冻融循环后,在不同养护时间和养护条件下抗渗性能和力学性能的测试,并利用SEM对试样微观结构的观察,研究了离子传输型抗渗涂料对水泥基材料冻融自修复作用的影响。结果表明:基准样在冻融循环后,通过养护能够实现一定程度的抗渗性能和力学性能的自修复,但是这种自修复的能力有限,而采用离子传输型抗渗涂料进行表面处理,可使水泥基材料具有很强的自修复能力,从而大大提高水泥基材料的抗渗性能和力学性能。SEM研究表明,离子传输型抗渗涂料主要是通过活性离子传输,在水泥基材料内部空隙和裂缝中反应生成大量针状结晶,堵塞内部孔隙,封闭毛细孔通道,从而提高水泥基材料的抗渗性能和力学性能。     

水泥基材料水化与结构发展的三维计算机模拟

过去 2 0年间随着计算机运算能力的飞跃发展 ,水泥材料水化和结构演化的计算机模拟技术取得了长足的进步 ,各国研究人员陆续开发了一些模拟水泥水化和水泥基材料微观结构发展的三维模型 ,并且将这些模型结合实验结果和工程实际应用于水泥基材料的力学性能 ,物理性能 ,渗透性以及耐久性的预测 ,取得了比较满意的成果。按照水泥颗粒及其空间分布的模拟方法 ,目前有代表性的模型可以分为连续基模型 (continuum- based)和数字图像基模型 (digital- image- based)两大类。这些数值模型侧重点不同 ,各有长短 ,选取其中有代表性的四个微观结构模型进行比较 ,旨在为从事水泥基材料计算机模拟的学者提供一些信息和思路。     

考虑Knudsen扩散影响的水泥基材料湿扩散系数

根据水泥基材料的多孔介质特点和内部孔隙尺寸分布特征,结合多孔介质中的湿传输机理,认为水泥基材料的湿传输研究必须考虑Knudsen扩散的影响.根据中、微孔体积的等效直径理论以及气体分子运动论相关原理,推导建立了Knudsen扩散影响系数的理论计算公式,在此基础上,探讨了水泥基材料湿扩散系数的确定方法,并通过实际问题的分析进行了验证.     

水泥基材料孔溶液碱度计算机模拟技术

水泥基材料孔溶液的碱度对于材料的耐久性能和硬化过程十分重要.建立了一个水泥基材料孔溶液碱度的计算机模拟方法,它基于一个三维的水泥基材料水化过程和微观结构发展的计算机模型,结合C-S-H凝胶碱吸附理论,综合考虑环境温度、湿度、材料配合比等因素,模拟孔溶液中碱金属离子浓度变化的规律,并与实际试验结果进行了对比.模拟和对比结果表明:提出的模拟方法可以成功地预测水泥基材料孔溶液碱度的变化规律,为实际材料碱度控制提供可靠的理论支持和事前控制建议,并为材料长期耐久性能评价提供一定依据.     

氯盐硫酸盐对水泥基材料的复合侵蚀破坏

研究了氯盐和硫酸盐对水泥基材料的复合侵蚀破坏.结果表明:侵蚀过程中试件的质量变化率与膨胀率之间呈指数关系,氯盐降低了硫酸盐侵蚀过程中试件发生膨胀破坏的风险,这是因为氯盐抑制了硫酸根离子向试件内部的传输,同时削弱了硫酸根离子与水泥矿物的化学结合能力,减少了膨胀性侵蚀产物的生成量;另外氯离子能优先与C3A反应,生成的Friedel’s盐会填充试件孔隙,使孔径细化,进一步限制硫酸根离子参与反应的能力.     

碳纳米管改善水泥基材料性能的微观机理

碳纳米管由于其优异的性能,正迅速成为一种最有应用前景的纳米材料,对其改善水泥基复合材料的研究也成为纳米材料领域的热点。详细综述了碳纳米管通过纤维桥联、纤维拔出、网络填充改善水泥基复合材料性能的微观机理及研究进展,为其宏观性能提供了理论解释。     

基于SO42-吸附与反应的硬化水泥基材料中Cl-传输与固化机制

通过自行设计的离子空间传输试验装置,分析研究了硫酸盐和氯盐的空间传输性能,并通过测试硫酸盐和氯盐共存时产物的组成和形貌,分析硫酸根离子对氯离子固化行为的影响。结果表明,在SO42-与Cl-共存的情况下,Cl-在不同时间和空间传输量较纯溶液时均有减小,说明SO42-会阻碍Cl-的传输;SO42-与Cl-均可与水泥基材料的水化产物发生反应,其中SO42-反应生成AFt,Cl-反应生成Friedel盐,当两者共存时,Friedel盐生成量减少,说明SO42-会减弱Cl-的固化能力,从而减弱混凝土结构中氯盐的腐蚀破坏程度。     

水泥基材料断裂性能与微孔结构研究

以高掺量粉煤灰HDCC配合比为基础,测试了不同龄期基体的抗压强度、断裂韧度,同时采用MIP测试了其微孔结构.结果表明:养护28 d主要改善基体大于50 nm的大毛细孔结构,养护28 d后再热养护7d主要改善其小于200 nm的微孔分布,而养护28 d后再继续热养护7d以上则仅仅改善其小于20 nm的微孔分布,且改善效果...     

大跨桥梁钢主梁抗风性能的高效计算方法研究

大跨度钢桥结构体系比较轻柔,容易产生风致振动和疲劳破坏,因此设计过程中需要研究其主梁的抗风性能.提出了一种新的基于分子运动论的桥梁风工程数值模拟方法:格子玻尔兹曼方法,通过计算分布在均匀流场格点上的分布函数来计算流场的宏观运动规律.为解决风工程中流动雷诺数较高的问题,引入了多弛豫碰撞模型.最后应用该方法研究了不同形式钢...     

格子Boltzmann方法研究岩石粗糙裂隙渗流特性

为研究岩石粗糙裂隙水力特性,建立了基于格子Boltzmann的压力模型。通过对3组不同试件（平板光滑裂隙、矩形非吻合裂隙、随机隙宽裂隙）的模拟,拟合出流量与平均隙宽的关系。研究结果表明,在所计算的10种工况中,3组裂隙中的水流都接近于层流。只有平行光滑裂隙中的水流的流量与平均隙宽近似成立方关系,矩形非吻合裂隙和随机隙宽裂隙中的流量与平均隙宽呈现超立方关系。改变平均隙宽和进出口压力都会导致流量与平均隙宽的关系变化。同时,进出口压力的改变也会造成两者之间产生次立方关系。     

非饱和硬化水泥浆氯离子扩散性能的数值模拟

基于固相分形模型和格子Boltzmann方法,通过数值模拟手段研究非饱和硬化水泥浆的氯离子扩散性能.首先应用固相分形模型来模拟硬化水泥浆的多孔结构,在此基础上采用格子Boltzmann方法模拟相应的氯离子扩散.在固相分形模型中,按照孔隙尺寸分布对硬化水泥浆多孔结构进行逐级饱和来实现饱和度的变化.对比当前数值模拟的结果与经典幂函数型饱和函数的预测结果,发现二者吻合较好,饱和系数的合理取值为4~5.     

水泥净浆养护-溶蚀全过程数值模拟

针对材料制备与环境服役过程中水泥基材料的性能演变问题,开展了水泥净浆薄片养护溶蚀全过程中主要物相及微结构演变的定量分析.首先,根据水泥的矿物组成及其水化机理,建立了水泥水化反应的简化模型及其主要水化产物浓度的计算方法;其次,利用Fick定律及质量守恒定律,建立了溶蚀条件下水泥净浆孔溶液中主要离子(K+、Na+、OH-及Ca2+)的传输模型;最后,与已有试验结果对比分析验证了模型的合理性,在此基础上,数值模拟了水泥净浆薄片试件养护溶蚀全过程.结果表明：所建立的模型可定量分析养护溶蚀全过程中水泥净浆孔溶液中主要离子浓度、孔隙率分布及氢氧化钙（CH）、水化硅酸钙（C S H）凝胶浓度的变化规律,且可用于软水环境下水泥基材料抗溶蚀性能的定量设计.     

基于扩散波方法的管网排水过程数值模拟

基于扩散波方法,构建了一套排水管网水动力模型,并与已开发的高分辨率城市地表水文水动力模型进行了耦合。以理想排水管网和陕西省西咸新区沣西新城某小区实际排水管网的排涝过程验证模型,并模拟城市暴雨致涝过程。结果表明:理想算例中,该模型与SWMM模拟排水口流量过程高度吻合;实际算例中,与实测排水口流量过程对比,该模型的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.74、0.72、0.93和0.71,大于SWMM模型的0.62、0.66、0.73与0.65。在模拟研究区内涝积水过程时,计算数据与实测数据吻合度高,内涝积水点均实现精确模拟。     

基于格构模型的水泥浆体离子稳态扩散模拟

首先采用数值模型得到水泥浆体的模拟微观结构,然后将其离散化为像素.根据该离散化微观结构建立具有扩散性能的格构单元组成的三维格构网络,求解固定离子浓度边界条件下通过水泥浆体的离子流量和内部离子浓度分布,并预测材料的扩散系数.在求解离子浓度分布的过程中,比较了差分法和共轭梯度法的优缺点,发现采用共轭梯度法更快捷.最后用稳态氯离子扩散试验验证了该模拟方法的可靠性,并预测了水泥浆体的氯离子有效扩散系数随水胶比和养护龄期的变化关系.     

基于格子Boltzmann方法的土石混合体的渗流特性研究

为了探究土石混合体的渗流特性,基于颗粒离散元法和三维离散元模型虚拟切片技术建立了土石混合体的三维随机孔隙结构模型并将其体素化,引入三维格子Boltzmann方法从孔隙尺度对其渗流开展了模拟,并据此分析了块石含量、相对密实度和块石粒径对土石混合体渗透率的影响,最后探讨了不同条件下块石含量对土石混合体渗透率存在不同影响的内在机制。研究结果表明：当相对密实度和块石粒径不变时,随块石含量增加,土石混合体的渗透率总体上是逐渐增大的,且增大的速率越来越大;相对密实度越高,土石混合体的渗透率越低;块石粒径对土石混合体的渗透率存在一定程度的影响,当块石含量小于临界值时,块石粒径越大则渗透率越小,而当块石含量高于临界值时,块石粒径越大则渗透率越大;当土石混合体中土体的密度保持不变时,其渗透率随块石含量增加先减小后增大。     

水泥基材料热-湿-碳化耦合模型数值分析及试验研究

基于水泥基材料热湿耦合模型和水泥基材料碳化机理,结合水泥水化模型,得了到碳化初始状态下可碳化物质的含量、孔隙率、饱和度等参数,建立了水泥基材料热-湿-碳化耦合模型.该模型通过控制干空气、液态水及气态水的质量守恒关系,气、液态相二氧化碳和钙离子质量和能量守恒关系,结合水泥基材料的本构方程,建立了碳化数学模型的控制方程组.运用COMSOL多场耦合软件求解分析,对比验证了不同水灰比、不同碳化龄期下净浆碳化试验结果与数值计算结果,证明该模型是合理可靠的.     

基于格构模型再生混凝土单轴受压数值模拟

根据再生粗集料的特点,建立了再生混凝土随机集料模型,进而基于格构模型理论定义了5种格构单元：粗集料单元、新砂浆单元、新界面单元、老砂浆单元和老界面单元.在对比分析的基础上,为不同单元确定了不同的力学参数.采用杆系结构有限元方法,以Fortran语言编程计算了再生混凝土的单轴受压应力-应变曲线.与试验曲线对比发现,在参数选择适当的前提下,所建模型可用于模拟计算再生混凝土单轴受压时的应力-应变曲线.     

基于CT扫描的混凝土三维细观数值模拟

利用CT对混凝土试件进行扫描,借助MIMICS软件对扫描图像进行三维重构,得到了混凝土三维几何模型;对不同配合比的混凝土与水泥砂浆试件进行了力学试验,得到了数值模型的力学参数;基于所得混凝土三维数值试件参数,在ABAQUS软件中利用塑性损伤模型模拟了混凝土三维数值试件的单轴拉、压加载过程,并将数值模拟结果与试验结果进行了比较。结果表明:该三维数值模型具有合理性。     

大型贮煤场网壳结构风压分布的数值模拟

使用计算流体力学软件ANSYS-CFX,对广东某贮煤场大型网壳在风作用下的表面风压分布进行了数值模拟并对其结果进行分析,结果表明风压分布及体型系数等符合理论分析,建筑物所采用的体型较合理,能有效降低风对建筑的不利影响。