在土木工程領(lǐng)域,混凝土耐久性研究一直以來都是一門傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)。但目前的重大工程中,很多處于硫酸鹽侵蝕、氯鹽侵蝕、凍融循環(huán)、干濕循環(huán)等極端嚴(yán)酷環(huán)境,使得實(shí)驗(yàn)研究難度越來越大。因此,亟需采用數(shù)值模擬方法揭示耐久性導(dǎo)致?lián)p傷劣化的機(jī)理。本文基于多尺度原理,研究了微觀尺度的凈漿、細(xì)觀層次的砂漿在應(yīng)力作用下的損傷演化過程。然后分析損傷后水泥基材料的傳輸性能。論文取得的主要成果如下:（1）損傷演化過程分析開發(fā)了兩種有限元分析水泥基材料微觀力學(xué)性能的接口,根據(jù)模型單元性質(zhì)分為實(shí)體單元模型和格構(gòu)模型,從建模機(jī)理上分析發(fā)現(xiàn)實(shí)體單元模型建模更具優(yōu)勢。兩種方法模擬出的破壞過程一致:最終破壞是由一條主裂縫導(dǎo)致,同時(shí)存在多個(gè)微小裂縫帶。對力學(xué)結(jié)果驗(yàn)證,與相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果吻合,證明了模擬方式的可靠性。（2）水泥基材料微結(jié)構(gòu)擴(kuò)散性能損傷狀態(tài)下凈漿的離子擴(kuò)散過程可分為四階段,以相對應(yīng)變=2為臨界點(diǎn),計(jì)算得出裂縫的體積含量（裂縫單元數(shù)量/模型單元總數(shù)）不超過1.4%,裂縫/總孔隙的比值不超過4%時(shí),微結(jié)構(gòu)擴(kuò)散性能就不會發(fā)生太大變化。隨著損傷的發(fā)展,水泥基材料存在產(chǎn)生裂縫、裂縫貫通、裂縫寬度變大這三個(gè)過程,而在裂縫貫通階段中... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

CEMHYD3D水化三Figure1-2CEMHYD3Dhydration3Dmicrost

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文4圖1-1μic模型微結(jié)構(gòu)示意圖[23]Figure1-1Schematicdiagramofthemicrostructureoftheμicmodel[23]1999年，Maekawa教授[24]建立了DuCOM（DurabilityModelofConcrete）數(shù)值模擬體系，該模型是一個(gè)將水化動力學(xué)計(jì)算、微結(jié)構(gòu)演變、孔壓計(jì)算、氯離子傳輸及平衡等諸多模塊耦合在一起的模型，該模型可以用于預(yù)測混凝土諸多性能。圖1-2CEMHYD3D水化三維微結(jié)構(gòu)示意圖與二維截面Figure1-2CEMHYD3Dhydration3Dmicrostructureschematicdiagramand2Dcrosssection圖1-3水泥顆粒擴(kuò)散與水化示意圖[25]Figure1-3Schematicdiagramofcementparticlediffusionandhydration[25]20世紀(jì)90年代開始，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的Bentz和Garboczi教授開發(fā)了第一款模擬水泥水化的圖像基離散模型—CEMHYD3D[25,29,30]。該模型包括兩部分，其一為通過背散射實(shí)驗(yàn)獲取真實(shí)水泥顆粒信息，其二根據(jù)獲取的信息進(jìn)行投放水泥顆粒-分相-水化步驟。在建模前期，需要先通過試驗(yàn)方法獲取水泥顆粒信息。在投球程序中，將水泥顆粒投入系統(tǒng)中。在分相程序中根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的分相信息將水泥顆粒劃分物相。在水化過程中運(yùn)用元胞自動機(jī)技術(shù)[31]控制各體素點(diǎn)的溶解、擴(kuò)散及成核和反應(yīng)過程。CEMHYD3D基于像素移動的方法可以獲得水化產(chǎn)物、孔隙結(jié)構(gòu)、水化熱等許多信息。此外，其還有一獨(dú)特的優(yōu)勢，那就是軟件開源，研究者可以在NIST的官網(wǎng)上下載到完整的代碼以及軟件的詳細(xì)介紹�；陂_源的特點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者改進(jìn)完成了非球形水泥顆粒[32]，多元水泥

隨機(jī)骨料模型[41]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非飽和硬化水泥漿氯離子擴(kuò)散性能的數(shù)值模擬[J]. 高云,蔣金洋,吳凱.  建筑材料學(xué)報(bào). 2016(06)
[2]基于CT的準(zhǔn)脆性材料三維結(jié)構(gòu)重建及應(yīng)用研究[J]. 于慶磊,楊天鴻,唐世斌,劉洪磊,梁正召,鄭喜,賈蓬.  工程力學(xué). 2015(11)
[3]基于隨機(jī)多尺度力學(xué)模型的混凝土力學(xué)特性研究[J]. 杜修力,金瀏.  工程力學(xué). 2011(S1)
[4]水泥基復(fù)合材料在多尺度方面的研究進(jìn)展[J]. 王彩輝,孫偉,蔣金洋,孫國文,喬運(yùn)峰.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2011(04)
[5]基于中子成像的水泥基材料毛細(xì)吸水動力學(xué)研究[J]. 張鵬,趙鐵軍,Wittmann F.H.,Lehmann E..  水利學(xué)報(bào). 2011(01)
[6]混凝土損傷類本構(gòu)關(guān)系研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J]. 林皋,劉軍,胡志強(qiáng).  大連理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2010(06)
[7]預(yù)測水化水泥漿體離子擴(kuò)散性能的一種新方法[J]. 劉琳,孫偉,葉光,陳惠蘇,van BREUGEL Klaas.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2010(11)
[8]建筑材料吸水過程中毛細(xì)管系數(shù)與吸水率關(guān)系的理論分析[J]. 王立成.  水利學(xué)報(bào). 2009(09)
[9]基于CT圖像的混凝土三維微觀結(jié)構(gòu)在ANSYS中的實(shí)現(xiàn)[J]. 郝書亮,黨發(fā)寧,陳厚群,梁昕宇.  混凝土. 2009(03)
[10]采用中子照相觀測無裂縫和帶裂縫混凝土的水分侵入(英文)[J]. 趙鐵軍,張鵬,F.H.Wittmann,E.Lehmann.  青島理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2008(05)

博士論文
[1]基于CT圖像的混凝土損傷演化及數(shù)值模擬研究[D]. 袁則循.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2016
[2]脆性微裂紋材料及構(gòu)件的損傷跨尺度演化分析理論與計(jì)算方法[D]. 吳佰建.東南大學(xué) 2015
[3]細(xì)觀混凝土分析模型與方法研究[D]. 金瀏.北京工業(yè)大學(xué) 2014
[4]基于損傷斷裂理論的混凝土破壞行為研究[D]. 李朝紅.西南交通大學(xué) 2012
[5]水泥基材料水分傳輸?shù)难芯縖D]. 沈春華.武漢理工大學(xué) 2007

碩士論文
[1]水分和氯離子在水泥砂漿中的傳輸機(jī)理研究[D]. 劉慶.青島理工大學(xué) 2016
[2]基于格構(gòu)模型的三維多尺度混凝土受拉斷裂過程數(shù)值模擬[D]. 劉家煜.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]多元水泥基材料微結(jié)構(gòu)演變與傳輸性能的數(shù)值模擬[D]. 劉誠.東南大學(xué) 2016
[4]基于格構(gòu)模型的水泥石氯離子擴(kuò)散研究[D]. 張洪智.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[5]基于不規(guī)則顆粒的水泥基材料水化進(jìn)程及其傳輸性能的數(shù)值模擬[D]. 謝德擎.東南大學(xué) 2015
[6]基于格構(gòu)模型的混凝土開裂過程多尺度數(shù)值研究[D]. 陳前.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[7]水泥石薇觀結(jié)構(gòu)力學(xué)性能模擬[D]. 黃寶華.武漢理工大學(xué) 2013
[8]基于細(xì)觀尺度的水泥混凝土受荷開裂模擬[D]. 尤作磊.長安大學(xué) 2012



本文編號：3258276