早龄期碳化养护下水泥基材料的阻抗谱特征

利用交流阻抗技术对早龄期碳化养护下不同水灰比、砂灰比和试件尺寸的水泥基材料进行研究，建立优化的等效电路模型并获得相应电学参数，对比分析早龄期碳化养护下水泥基材料的质量增加率和交流阻抗谱变化.结果表明：试件质量增加率随水灰比增大而增大，随砂灰比降低而增大，净浆组的质量增加率均值为11.29%，为砂浆组的2～3倍；试件尺寸越大，质量增加率越大；在碳化养护条件下水泥基材料交流阻抗谱高频区圆弧直径呈增大趋势，低频区直线斜率呈减小趋势；建立了试件质量增加率与阻抗谱参数之间的关系模型，采用电荷传递电阻Rct2预测碳化养护下水泥基材料的CO2吸收量，早龄期碳化养护下水泥基材料的交流阻抗谱研究有助于建立相应的无损监测技术.     

高放废物工程屏障的热-水-力耦合作用分析

采用多相多类方法，提出热-水-力耦合作用分析的综合模型，分析考虑多孔介质的三相（固，液，气）和三类（矿物，水分，空气）模型，该模型是根据控制方程，本构关系和平衡条件来建立的，并提出用于模拟高放废物地下处置体系和附近场地性状的热-水-力耦合分析通过程序。热-水-力耦合分析可将工程屏障中不同过程间发生的主要相互作用，以及附近岩石的散热和水化现象都考虑进去，通过试验结果的验证，得出一些关于热-水-力方面的重要结论。     

基于COMSOL的混凝土碳化影响因素分析

根据混凝土碳化化学反应机理,结合CO2质量运输方程,定义了反应消耗的CO2浓度方程,提出一种新的研究混凝土碳化规律的数值模拟方法。运用COMSOL软件,进行CO2浓度、反应消耗的CO2浓度的多物理场耦合,并参照相关文献的试验结果对数值模型进行了可信性验证;运用该数值模型分析不同水灰比、水泥用量、环境温度、相对湿度对混凝土碳化的影响,并拟合其影响曲线。结果表明:该数值模型有很高的可信性;水灰比与混凝土碳化深度近似成正比,水泥用量与混凝土碳化深度近似成反比,环境温度对碳化深度的影响较小,相对湿度与混凝土碳化深度成二次抛物线关系。     

混凝土火灾高温中传热传质的数值模拟分析

将混凝土模型化为非饱和变形多孔多相介质。基于控制干空气、湿份及基质溶解物的质量守恒、混凝土介质混合体的动量守恒和焓(能量)守恒的耦合偏微分方程组,建立了一个混凝土化学-热-湿-力全耦合数学模型,其中基本未知变量为固相位移、混合气体压力、毛细压力、温度和基质溶解物质量。通过数值预测结果与试验测量结果的定量比较,显示出所发展的数学模型在重现高温条件下混凝土中化学-热-湿-力耦合现象的能力。     

冻融-碳化耦合作用下矿渣-粉煤灰再生混凝土试验研究

通过在含有100%再生粗骨料的混凝土中同时掺入20%的矿渣和0%,15%,30%掺量的粉煤灰,并进行碳化、冻融和冻融-碳化耦合试验,研究冻融和碳化环境对再生混凝土耐久性的影响,对比分析试件抗压强度、质量损失率、相对动弹性模量、碳化深度的变化规律,建立冻融-碳化耦合作用下矿渣-粉煤灰再生混凝土抗压强度模型。结果表明:粉煤灰掺量为15%时,再生混凝土的抗冻性能最好,当冻融次数大于100次后,粉煤灰对再生混凝土抗冻性能的促进作用开始减弱;粉煤灰掺量越多,再生混凝土的抗碳化性能越弱,当粉煤灰掺量为30%时,其碳化深度是粉煤灰掺量为0试件的2倍以上;在冻融-碳化耦合环境中,冻融作用促进了碳化深度的增长,碳化作用加剧了矿渣-粉煤灰再生混凝土的冻融破坏;建立的矿渣-粉煤灰再生混凝土冻融-碳化耦合抗压强度模型能较好地反应冻融-碳化耦合环境下的抗压强度退化规律。     

几种水泥基材料的渗透率及其超临界碳化的应用

孔隙度和渗透率是水泥基等多孔材料的重要指标,是水泥基材料内部离子迁移多物理场耦合预测模型中的关键材料参数。针对水泥基材料超亚临界碳化预测模型的质量控制方程,采用稳态法试验分析得到了液体渗透率、氮气渗透率、固有渗透率,采用体积法得到了材料孔隙度和含水饱和度,试件包括水泥砂浆、混凝土、水泥瓦、纤维水泥板等材料。其中水泥砂浆和混凝土材料固有渗透率分别为0.001mD和0.0001mD数量级,其他试件为0.01mD数量级;而混凝土的固有渗透率最低为9e-4mD。木纤维等纤维材料的掺加,将大幅增加材料的孔隙度和渗透率。最后使用得到的各项渗透率、孔隙度、含水饱和度,对水泥砂浆和水泥瓦的超亚临界碳化试验进行了多物理场耦合模拟,模拟结果与试验吻合较好。     

干冷气候条件下湿养护龄期对混凝土碳化性能的影响

采用加速碳化试验研究干冷气候下不同湿养护龄期对C25强度等级的一种纯水泥混凝土A及三种双掺粉煤灰和矿渣粉的混凝土B、C和D碳化性能的影响,建立碳化速率与不同湿养护龄期之间的关系式。研究结果表明:在干冷气候下施工的混凝土,为保证25 mm钢筋保护层达到50年碳化寿命,纯水泥混凝土A至少应湿养护11.2 d,掺合料混凝土B、C和D则分别至少应湿养护11.1,12.9,14.5 d。混凝土中掺合料掺量越高,确保碳化性能安全所需的湿养护龄期也越长。     

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.     

不同场热-水-应力耦合过程二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,提出了一个饱和-非饱和孔隙介质中的热-水-应力耦合模型和开发了相应的有限元程序.为验证本耦合模型及程序的可靠性和重点探讨不同场的热-水-应力耦合过程,以高放射性核废料地质处置的Prototype Repository Project(PRP)原位试验为模拟对象,对一个处置试验坑道近场进行了水单场、热-水耦合、水-应力耦合、热-应力耦合和热-水-应力耦合条件下的数值分析,考察了工程屏障及围岩中的温度、饱和度及应力的变化、分布情况,并得出了一定的认识.     

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.     

再生混凝土抗碳化性能试验研究及理论分析

通过快速碳化试验,以再生骨料掺量、水灰比、水泥用量、原始混凝土强度和矿物掺合料为影响因素,对再生混凝土的碳化性能进行研究。试验结果表明:再生混凝土的碳化深度随水灰比、再生骨料掺量的增加而减小,随原始混凝土强度的增大和水泥用量的增加而增大,适量添加矿物掺和料能降低再生混凝土的碳化深度,提升其抗碳化性能。在已有的普通混凝土碳化模型研究基础上,结合本试验和中国其他学者的试验数据,建立了再生混凝土碳化深度预测模型,模型预测结果与试验值吻合较好。     

水泥基材料比热容测定及计算方法的研究

比热容是研究水泥基材料温度分布及温度变形的必要参数.将用以推定混凝土比热容的加权平均方法应用于混凝土凝结硬化后的组成及结构,并利用差示扫描量热仪对未水化水泥、硬化水泥浆体的比热容进行了测试分析.试验结果表明,用差示扫描量热法(DSC法)来测定水泥基材料的比热容简捷、准确、精确度高;所提出的混凝土比热容计算方法理论合理,计算结果与标准方法测定结果有很好的相关性.     

Heat and mass coupled transfer combined with freezing process in building materials: Modeling and experimental verification

Newly completed building envelope is always characterized by high initial moisture content, and so the liquid moisture permeability is the main feature of mass transferring on its initial use. The high initial moisture content has strong impact on indoor condition and energy consumption especially in severe cold area where the moisture freezing in building envelope would occur in winter. Therefore, accurately predicting the hygrothermal states of building envelope to obtain useful envelope parameters is very important. In order to analyze the moisture transferring performance of enclosure on building initial use in severe cold area, the paper studied the coupling transfer of heat and moisture in building envelope. The permeability and freezing of the liquid water in porous building material were considered. The moisture content gradient was used as mass transfer driving force, and the temperature gradient was used as heat transfer driving forces. Heat and moisture coupled transfer conservation equations on different transferring conditions were built. An experimental set-up was built to verify the model, and good agreements were obtained, which suggests that the model can be used to simulate the heat and moisture coupled transfer in newly completed building envelope of severe cold area.     

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.     

地下洞室多孔墙体热湿传递的数值模拟

提出了一种以温度与相对湿度为驱动势的多孔墙体热湿耦合传递的数学模型,该模型同时考虑了水蒸气与毛细孔内液态水的传递。采用控制容积法将理论方程组离散并编制了计算程序,对深埋地下洞室的墙体进行了热湿传递的数值模拟,得到了墙体温度、相对湿度、热流率、湿流率的变化规律。结果表明,墙体传热过程趋于稳定的时间远小于传湿过程。     

基于Lattice Boltzmann方法的水泥基材料溶液传输过程模拟

为了研究水泥基材料溶液传输过程中水分与离子的耦合作用,首先采用自生长模型,考虑水灰比、水化度对孔隙率的影响,建立了水泥基多孔介质的细观结构模型.然后,采用格子-玻尔兹曼方法,分别模拟了水分传输、离子扩散和溶液传输,再现了气液两相的转化与传输现象.结果 表明:孔隙率越大,传输速率越快;饱和多孔介质中,离子在水中沿孔隙扩散;由于对流作用的存在,干燥多孔介质中溶液主导的离子传输速率快于饱和多孔介质中的速率.该工作揭示了水泥基材料中溶液传输过程的细观机理,为深入理解混凝土耐久性的真实发生过程奠定了基础.     

多相流传输THM全耦合数值模型及程序验证

 基于连续介质力学原理和混合体理论,导出多孔介质多相流THM全耦合数学模型。该模型从固、液、气三相系统的动量、质量及能量守恒出发,考虑应力–应变、水体流动、气体传输、蒸气传输、热能传输和孔隙率演化等6个过程的耦合作用,实现对相变、溶解、热驱动、湿度传输和吸湿膨胀等物理现象的模拟,确保THM耦合控制方程组的封闭性和协调性。该模型在THM耦合体系中纳入气体及蒸气传输过程,摒弃以往采用基质吸力和绝对温度定义相对湿度的传统方法,从而使描述介质气体和蒸气运移特性以及THM耦合特性的相对湿度在严格的物理意义上加以定义。通过选取位移、水压、气压、蒸气压、温度和孔隙率为基本未知量,建立有限元数值计算格式,研发三维八自由度多相流THM全耦合有限元程序THYME3D,并采用法国原子能委员会开展的膨润土THM耦合Mock-up试验对数值模型和计算程序进行验证,揭示试验过程涉及的多场耦合机制。研究结果深化对多相流THM全耦合控制方程组、本构关系及计算参数特性的理解,从而为进一步研究THMC全耦合问题奠定基础。     

水泥性质对半柔性复合混凝土使用性能的影响

通过室内试验评价了水泥类型对水泥乳化沥青半柔性复合混凝土性能的影响,采用X衍射分析揭示了不同水泥在乳化沥青中的水化机理差异。结果表明,不同水泥对复合混凝土的马歇尔稳定度影响较小,但是对劈裂强度和水稳定性影响较大,传统的马歇尔设计方法无法区分水泥类型对混凝土的影响。为了保证混凝土的强度和水稳定性,宜选择硅酸三钙、铝酸三钙等含量较高的水泥,同时限制水泥中活性掺和材料的含量。另外,增加吸水性较强的熟料含量有助于促进乳化沥青破乳,提高混凝土的早期强度和水稳定性。     

碳化对碱矿渣水泥浆体微观结构的影响

针对碱-矿渣水泥水化产物中不存在Ca(OH2)且碳化比较严重的现象,选择水玻璃作为碱组分,采用X-射线衍射(XRD)和可变真空扫描电子电镜(SEM)研究了碱-矿渣水泥浆体的碳化产物和微观形貌,结合氮吸附方法分析了碳化对碱-矿渣水泥浆体孔结构的影响.结果表明:碱-矿渣水泥浆体碳化导致的孔隙溶液Ca2+浓度降低由水化硅酸钙(C-S-H)凝胶脱钙补偿,碳化生成的碳酸钙主要以方解石的形式存在;碳化后,C-S-H凝胶的钙硅比降低,浆体的比表面积增大,平均孔径降低,而累积孔体积的变化与水玻璃的模数有关.