伴隨著人類(lèi)生存空間的不斷擴(kuò)展和生存環(huán)境的日趨多樣化,大量混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于極其惡劣的環(huán)境之下,其中在高寒地區(qū)凍融循環(huán)作用對(duì)混凝土材料力學(xué)性能和耐久性影響巨大。作為一種典型的人工復(fù)合材料,混凝土包含的三相結(jié)構(gòu)(孔隙、骨料、砂漿)特征與其宏觀(guān)性能存在著密切的關(guān)系,開(kāi)展針對(duì)凍融循環(huán)作用下混凝土三相結(jié)構(gòu)演化規(guī)律相關(guān)研究對(duì)深入探討混凝土材料損傷破壞機(jī)理,指導(dǎo)混凝土材料配合比與生產(chǎn)工藝改進(jìn)具有極為重要的意義�？紫督Y(jié)構(gòu)是混凝土材料三相結(jié)構(gòu)中對(duì)其抗凍性能影響最為直接的組成部分,目前的研究主要集中在定性分析以及以孔隙率為主要參數(shù)的初步定量分析當(dāng)中。然而,該方法僅能表征孔隙結(jié)構(gòu)的部分特征。因此在混凝土材料細(xì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)研究中引入孔徑分布等參數(shù),全面考慮孔結(jié)構(gòu)特征具有重要意義。開(kāi)展工作如下:(1)開(kāi)展了凍融循環(huán)作用下混凝土材料內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)演化規(guī)律的研究。研究中在傳統(tǒng)孔隙結(jié)構(gòu)測(cè)試方法壓汞法的基礎(chǔ)上,引入CT掃描技術(shù),將孔隙孔徑測(cè)試范圍擴(kuò)大至10nm至10mm。在CT掃描研究中,引入CT數(shù)均值和盒維數(shù)分型模型,其中CT數(shù)均值能夠較為粗略地描述混凝土試樣在凍融循環(huán)作用下的損傷過(guò)程,而盒維數(shù)分型模型能夠有效體現(xiàn)CT可識(shí)別孔的分形特征。針對(duì)孔隙率作為單一參數(shù)在描述孔隙結(jié)構(gòu)特征方面的不足,文中引入了孔徑分布、孔隙數(shù)量等參數(shù)作為輔助。研究表明,凍融循環(huán)后有害孔比重逐漸增長(zhǎng),經(jīng)歷100次凍融循環(huán)后混凝土孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化。(2)建立了混凝土細(xì)觀(guān)孔隙結(jié)構(gòu)特征與宏觀(guān)力學(xué)性能的關(guān)系,并引入了損傷理論,在分析凍融循環(huán)作用下混凝土宏觀(guān)破壞發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上,結(jié)合研究中的CT掃描試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了以孔隙率、CT數(shù)均值和CT數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差為參數(shù)的損傷模型,研究表明損傷變量與凍融循環(huán)次數(shù)具有較強(qiáng)的線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系,其中孔隙率損傷參數(shù)和CT數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差損傷參數(shù)均能較好地反應(yīng)凍融循環(huán)損傷過(guò)程度,而CT數(shù)均值損傷參數(shù)在損傷程度較大時(shí)有效性較差。(3)基于CT掃描建立的數(shù)字模型,分別采用立體光刻和三維噴墨兩種3D打印工藝制備了包含混凝土細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)特征的3D打印試樣并開(kāi)展了宏觀(guān)力學(xué)試驗(yàn)。研究表明,3D打印技術(shù)能夠精確還原混凝土內(nèi)部細(xì)觀(guān)孔隙結(jié)構(gòu)特征,其中,立體光刻技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土材料的三相結(jié)構(gòu)打印。3D打印試樣的孔結(jié)構(gòu)-宏觀(guān)強(qiáng)度關(guān)系與其打印工藝及打印材料密切相關(guān),采用三維噴墨工藝指標(biāo)的試樣與真實(shí)混凝土試樣孔結(jié)構(gòu)-強(qiáng)度關(guān)系上一致性較強(qiáng)。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TU528
【部分圖文】：

圖 2.1 混凝土自動(dòng)快速凍融機(jī)及溫控曲線(xiàn)觀(guān)力學(xué)試驗(yàn)觀(guān)力學(xué)試驗(yàn)中采用美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司 SHT4605 微機(jī)材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)未經(jīng)歷凍融循環(huán)作用以及經(jīng)歷 25，50，75，100 次凍試樣進(jìn)行測(cè)試。單軸抗壓試驗(yàn)中首先預(yù)應(yīng)力至 2kN,以 0.005mm/s 的至試樣破壞。在試樣與加載設(shè)備間添加 PTFE 塑料薄膜和碳粉以減響。每次測(cè)試至少包含 3 個(gè)試樣，最終以平均單軸抗壓強(qiáng)度作為混的宏觀(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)。凍融循環(huán)后的混凝土試樣（0，25，50，75，10 打印試樣在進(jìn)行了宏觀(guān)力學(xué)試驗(yàn)后，取破碎試樣進(jìn)一步處理作為

圖 2.2 微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn) 掃描試驗(yàn)在太原市醫(yī)院 SIEMENS16 排螺旋 CT 機(jī)（圖 2.3）上用的試驗(yàn)參數(shù)如表所示。獲得 CT 掃描數(shù)據(jù)后，采用了 CT 圖像行三維數(shù)字模型的建立和二維圖像的輸出。針對(duì)三維數(shù)字模MAX 3.0 提取孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)。針對(duì)二維圖像的處理，本研究us 進(jìn)行了基于灰度圖像的二維孔隙結(jié)構(gòu)分析。表 2.2 CT 設(shè)備相關(guān)參數(shù)名稱(chēng) SIEMENS16 排螺旋 CT 機(jī)電壓 電壓 120kV電流 電流 300mA層厚 0.5mm

SIEMENS16排螺旋CT機(jī)

【參考文獻(xiàn)】

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