硬化水泥浆体弹性模量细观力学模型

应用复合材料力学理论和有孔介质力学(Poromechanics)理论建立了一个描述硬化硅酸盐水泥浆体弹性模量的细观力学模型, 将硬化水泥浆体从不同尺度上划分为4个层次, 即C-S-H凝胶、 水泥水化产物、 水泥浆体骨架和水泥浆体, 分别应用不同的细观力学模型予以描述: 将C-S-H视为饱和的有孔介质; 应用Mori-Tanaka模型描述水泥水化产物的弹性性质; 应用三相模型(Three-phase model)模拟水泥浆体骨架的有效弹性模量; 最后, 再次应用Mori-Tanaka模型和有孔介质理论, 计算水泥浆体的排水和不排水弹性模量(Drained and undrained elastic moduli)。该模型所需要的参数为水泥浆体各个组成部分的自身弹性性质, 使用方便。通过预测文献中的实测结果, 证明了该模型的有效性。      

弯曲荷载对硬化水泥浆体和砂浆碳化过程的影响

研究了弯曲荷载对硬化水泥净浆和砂浆试体碳化过程的影响.结果表明:弯曲荷载会加速水泥浆体和砂浆的碳化过程,在弯曲荷载作用下水泥浆体和砂浆的碳化动力学过程可用式x=C0eaηtb描述,其中b值均接近1/2;碳化时间对砂浆碳化深度的影响略小于对水泥浆体的影响,而应力水平对水泥浆体和砂浆碳化的影响大致相同.     

萘系减水剂对硬化水泥浆体及孔隙液中钢筋腐蚀的影响

为了研究外加剂对混凝土中钢筋腐蚀的影响,模拟了混凝土孔隙液及制备了硬化水泥浆体,研究了添加不同含量的萘系减水剂对钢筋腐蚀的影响.结果表明:在模拟混凝土孔隙液中加入萘系减水剂对钢筋腐蚀有轻微的促进作用,当减水剂含量达到一定值时腐蚀增大的趋势就会消失;在硬化水泥浆体中加入萘系减水剂可以减缓钢筋的腐蚀,添加0.5%萘系减水剂阻锈效果最明显,且随着时间的延长,萘系减水剂对硬化水泥浆体中钢筋的阻锈效果增加;加入减水剂增强了硬化水泥浆体的密实性,从而减缓了钢筋的腐蚀.     

基于细观结构统计特征的混凝土几何代表体尺寸研究

该文在对混凝土细观结构统计特征深入研究的基础上,基于粗骨料含量、平均粒径、细度模数三个量的统计特征分析,给出了混凝土几何代表体的定义。利用体素的概念,提出了混凝土几何代表体尺寸的确定方法。以一级配混凝土为例,采用该文方法计算得到了基于细观结构的几何代表体尺寸。进一步分析了骨料级配、骨料体积含量等因素对混凝土几何代表体尺寸的影响规律,研究结果表明:随着骨料体积含量的增加,混凝土几何代表体尺寸呈下降趋势;在粗骨料体积含量达到40%以后,几何代表体尺寸变化幅度较小;一级配混凝土的几何代表体尺寸与最大骨料粒径的比值大于二级配混凝土的相应值。该文工作为混凝土细观机理研究、细观数值计算样本的选取等提供参考。     

荷载作用下饱和水泥浆体中氯离子扩散性能研究

混凝土类水泥浆复合材料中各种尺度的孔隙,如凝胶孔、毛细孔、掺入的气体气泡以及微裂纹等影响着氯离子的扩散性能。孔隙结构参数(如孔隙率)在外荷载作用下会产生变化,进而影响了水泥浆体中氯离子扩散性能。外荷载作用对氯离子扩散行为的影响,可以等效为外荷载所引起的孔隙率的改变对氯离子扩散性能的影响。从微观角度出发,将饱和水泥浆体看作由水泥浆体基质(其孔隙率为零)和孔隙水夹杂相所组成的两相复合材料介质。基于弹性力学理论推导并获得了饱和水泥浆体达到其强度前(即未产生新裂纹前)当前孔隙率与材料初始孔隙率及体应变之间的定量关系,得到了水泥浆体中氯离子扩散系数与这些参数的定量关系。基于Fick第二定律分析了外荷载(体应变)和孔隙率变化对氯离子扩散性能的影响。研究表明：氯离子在饱和砂浆中的扩散系数随孔隙率增大而显著增大;氯离子在砂浆中的扩散系数随压缩体应变的增大而减小,随拉应变增大而增大。     

基于静水压理论的混凝土冻融破坏演化模型EI北大核心CSCD

定量分析混凝土材料的抗冻性能是数字混凝土时代的基本要求之一,在全面分析混凝土抗冻性能影响因素和现有混凝土冻融破坏假说的基础上,推导了混凝土冻融破坏理论模型,该模型以内因和外因为自变量,以材料的微、细观结构演变为核心,实现了混凝土抗冻性能的定量分析。模型计算分析表明:水泥水化产物物理力学性能、引气泡含量及孔径分布、最低温度、降温速率、应力水平、材料溢出距离等内、外因素,从不同角度、不同程度影响水泥基材料的冻融损伤特性,合理设计引气泡含量及引气泡孔径,方能有效提高混凝土的抗冻耐久性。且上述分析结果同已有研究成果有较好契合。研究成果能为混凝土的抗冻设计提供参考。     

碳化与氯盐复合作用下水泥浆体的微结构演变

为了阐明碳化与氯盐复合作用下硬化水泥浆体的微结构,基于X射线计算机断层扫描成像(X-CT)和电子探针微区分析(EPMA)技术探明了氯盐对水泥浆体碳化速率的影响,测定了碳化作用下水泥浆体内Cl、S和Na元素的浓度分布。结果表明:氯盐可细化养护龄期为28d的水泥浆体孔结构,提高其密实度并减缓碳化速度;碳化作用下水泥浆体的碳化区易出现裂缝,二氧化碳气体通过这些裂缝扩散到水泥浆体内部进行碳化,致使水泥浆体碳化深度不均匀;碳化过程中Cl、S和Na元素向非碳化区迁移和浓缩,初始均匀分布的元素在碳化区含量减少,在非碳化区含量升高。所得结论为混凝土结构耐久性设计提供科学的理论依据。     

水泥材料成型过程对硬化体结构与性能的影响

新拌水泥混凝土浆体常被抽象为含水的颗粒悬浮结构,这种抽象将复杂的成型过程过于简化,存在许多难以预知和不可量化的因素,给水泥基材料科学体系的架构造成技术障碍。分别综述了混凝土成型、水泥净浆成型共同存在的组分材料离析、泌水和夹杂气泡等缺陷,分析了组分分散效果对水泥水化硬化体结构与性能的影响。将水泥颗粒堆积体与其水化硬化体制备结合起来,通过压制绝干水泥颗粒堆积结构,再毛细吸水成型水泥水化硬化体,可以最大程度避免微观层面的离析、泌水及夹杂气泡等不易量化的因素对成型的影响,有利于模型化研究非均质、多层次复杂结构的演变与性能调控。     

基于材性的混凝土结构及构件冻融损伤模型试验研究

基于蔡昊模型,通过理论推导并结合既有冻融材性试验数据,对模型中最大静水压力计算方法进行改进。进行9组材性试验,建立了混凝土水灰比和最大结冰速率之间的拟合关系,推导出最大静水压力的简化解析计算公式。采用ANSYS有限元软件,对构件截面温度场分布进行了模拟,得到考虑温度场修正的冻融损伤模型。最后,设计2组试件,对改进冻融损伤模型的准确性与可靠性进行试验验证,结果表明：修正后的采用动弹模损伤作为物理损伤指标的冻融损伤模型,可为RC构件与结构层面冻融损伤机理研究提供理论支撑。     

混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性评估

为研究混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性,采用试验与数值模拟相结合的方法对混凝土墩体在杆式射流(jetting projectile charge, JPC)和爆炸成型弹丸(explosively formed projectile, EFP)两种聚能侵彻体作用下的易损性进行了评估。结果表明：当聚能侵彻体打击混凝土墩体顶面或侧面时,会形成近似圆形或带缺口的近似椭圆形的毁伤区域,打击位置越靠近毁伤区域中心,墩体毁伤越严重;聚能侵彻体垂直打击墩体顶面或沿水平方向打击墩体侧面时,毁伤区域的中心分别与墩体顶面中心和侧面的几何中心重合;斜上方打击墩体侧面时,JPC和EFP对应的毁伤区域中心分别下移约27.8 cm和28.2 cm;斜下方打击墩体侧面时毁伤区域中心分别上移约26.5 cm和28.7 cm;沿水平方向打击墩体侧面时,更易使墩体出现重度毁伤;相同打击条件下,JPC对混凝土墩体的毁伤效果优于同口径装药的EFP。     

基于碟片法的溶蚀作用下水泥净浆微观结构演变研究

溶蚀作用下水泥基材料的微结构变化导致混凝土材料服役性能退化。为了克服传统试验因试样厚度影响而产生的脱钙不均匀现象,以NH4NO3溶液对约1mm的碟片状水泥净浆试件进行加速脱钙,通过控制质量损失来控制溶蚀程度。然后把质量损失作为衡量溶蚀程度的参数,结合压汞法(MIP)、环境扫描电子显微镜(ESEM)及能谱分析(EDS),研究不同溶蚀程度下水泥净浆的微观形貌、化学组成和孔隙结构变化规律。试验结果表明:试件钙硅比(Ca/Si)与质量损失大致呈两段线性关系。在第一阶段,水泥浆体试件Ca/Si逐渐降低,氢氧化钙(CH)分解,质量损失10%试件中CH已被严重溶蚀;水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的Ca/Si随着溶蚀程度增加而降低,证明C-S-H凝胶第一阶段已开始分解。在第二阶段,主要表现为C-S-H凝胶继续分解。试验还发现,溶蚀后水泥净浆试件内部孔径小于50nm的孔略微增加,50~200nm的孔含量有部分减少;孔径大于200nm的多害孔大量增加。     

掺珍珠岩水泥石孔分形维数及其与孔结构、强度的关系

通过压汞法测试不同龄期掺0-40%珍珠岩掺合料水泥石的孔结构参数,利用分形理论的相关知识研究这些水化物的孔体积分形特征,计算它们的孔分形维数D=3.3～3.5,分析并探讨该水泥石孔分形维数与孔结构参数、抗压强度之间的关系.结果表明水泥石孔分形维数与孔隙率、孔径、孔表面积有密切的关系,随着孔分形维数增大,孔隙率提高,孔径扩大、孔表面积增大,孔结构就越劣化,对应的材料抗压强度下降.因此孔体积分形维数可用于综合评定材料的孔结构特性.     

MTC浆固化体的微观结构研究

用微观结构分析方法研究了MTC浆固化体的显微结构及其对固化效果的影响。MTC浆在高温碱性环境中能够生成大量凝胶水化产物 ,使泥浆固化。为了提高固化效率 ,泥浆中应预先掺加潜在活性的材料 ,并在强碱性环境中使用MTC浆。温和条件下长时间的养护使固化浆体结构致密 ,固化效果好 ;短时高温使胶凝材料的固化反应剧烈 ,所得结构较疏松 ,固化效果差     

普鲁兰多糖对水泥净浆性能的影响

主要研究一种新型微生物多糖——普鲁兰多糖(Pullulan)对新拌水泥浆体性能的影响,对比分析了不同掺量的普鲁兰多糖对水泥净浆标准稠度用水量、凝结时间、流动度和Zeta电位的影响,以及对硬化水泥浆体力学性能的影响.研究表明:普鲁兰多糖增大了水泥浆体标准稠度用水量,延长了水泥的凝结时间;随着普鲁兰多糖掺量的增加,新拌水泥浆体的初始流动度降低,但随着时间的延长,流动度不降反升;普鲁兰多糖的掺入降低了水泥浆体的Zeta电位,0～13 min内,Zeta电位值极度不稳定,然后趋于平稳状态;普鲁兰多糖与减水剂(PC)复掺后,随着普鲁兰多糖掺量的增加,水泥浆Zeta电位发生了复杂的变化过程;普鲁兰多糖对硬化水泥浆体的抗压强度无明显不利影响.     

水泥粒径分布对水泥石强度的影响

以水泥石水化物填充度最高为原则,综合考虑水泥水化度、水泥固相体积增量和水泥浆体初始堆积密度两个方面的匹配关系,通过理论推导和试验验证建立了多粒径(连续粒径分布)单组分水泥石强度与水泥粒径分布之间关系的计算方法,在此基础上就水泥粒径分布对水泥石强度的影响进行探讨。结果表明:计算值与试验值比较吻合,用本文中提供的方法可以根据水泥的粒径分布和各水灰比计算其不同龄期的填充度和抗压强度。     

混凝土柱中石墨水泥砂浆试块的压阻特性研究

将石墨水泥砂浆(GCC)试块(40mm×40mm×40mm)预埋混凝土柱(100mm×100mm×300mm)中,利用四电极法研究了其在混凝土柱受到不同幅值循环荷载和单调加载作用下的压阻特性。研究结果表明,GCC试块体积电阻的变化率与混凝土柱的受力状态呈现良好的对应关系。     

蒸压加气混凝土孔结构及其对性能的影响研究进展

蒸压加气混凝土的主要特征是多孔性,其孔结构是影响性能的主要因素之一。简述了蒸压加气混凝土中孔的分类、特征以及表征方法,综述了国内外蒸压加气混凝土强度、吸水导湿、干燥收缩、热工性能、耐久性能等方面的最新研究进展,探讨了蒸压加气混凝土孔结构与性能之间的关系。最后阐述了蒸压加气混凝土孔结构与性能今后的研究方向和研究重点。