【摘要】：水泥基材料是一種多相、多尺度的復(fù)雜材料,隨著工程技術(shù)水平的日益發(fā)展,人們對(duì)水泥基材料的高性能和高耐久性的要求也日益提升。但是,目前對(duì)水泥石及主要水化產(chǎn)物(水化硅酸鈣,Calcium Silicate Hydrate,C-S-H)的微觀結(jié)構(gòu)和性能的認(rèn)識(shí)卻并不充分。為此,本文借助微觀測(cè)試手段,初步研究了水泥基材料“組分-結(jié)構(gòu)-性能”之間的物理、力學(xué)關(guān)系,定性及定量考察了水泥等級(jí)、水膠比、礦物摻合料、養(yǎng)護(hù)齡期等變量對(duì)水泥水化產(chǎn)物礦物組分、微觀形貌、孔隙結(jié)構(gòu)以及微觀力學(xué)性能的影響,為進(jìn)一步揭示材料宏、微觀性能與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。本文主要研究?jī)?nèi)容與成果如下:基于X射線衍射技術(shù)(X-Ray Diffraction,XRD)和X射線熒光光譜分析(X Ray Fluorescence,XRF)定性及定量地分析了水泥基材料水化產(chǎn)物的礦物組成及晶體含量,通過(guò)對(duì)比得到了水泥等級(jí)、水膠比、養(yǎng)護(hù)齡期等材料參數(shù)對(duì)水泥基材料水化產(chǎn)物中晶體含量的影響,結(jié)果表明,隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行,晶體的有序性變差。基于掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)技術(shù)對(duì)典型配比水泥基材料的水化產(chǎn)物進(jìn)行了形貌分析,利用圖像處理技術(shù),定量分析了各參數(shù)對(duì)每項(xiàng)礦物含量、平面孔隙率以及孔徑分布的影響。結(jié)果表明水灰比的增加會(huì)降低反映產(chǎn)物中的未水化水泥顆粒的含量,增加大孔隙孔徑含量,提升平面孔隙率。利用壓汞法(Mercury Intrusion Porosimerty,MIP)測(cè)量水泥基材料的孔隙結(jié)構(gòu),基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)比了目前常用的描述孔徑分布的模型,最終確定了對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型作為孔徑分布最優(yōu)模型,并結(jié)合斷裂力學(xué)理論建立了孔隙結(jié)構(gòu)與斷裂強(qiáng)度的關(guān)系模型,分析了模型中主要參數(shù)對(duì)斷裂強(qiáng)度的影響;結(jié)果表明毛細(xì)孔(≤1000nm)的孔徑和含量都對(duì)材料的宏觀強(qiáng)度有重要影響,而宏觀孔(1000nm)的含量是影響強(qiáng)度的主要因素。利用納米壓痕技術(shù)和解卷積分析,在微觀力學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了水泥基材料主要水化產(chǎn)物的相分離,并得到了各相的彈模和硬度,通過(guò)分析各主要變量對(duì)水泥水化產(chǎn)物的影響,揭示了材料組成與微觀力學(xué)性能的關(guān)系。結(jié)果表明,低密度C-S-H的典型彈模值約為9-15GPa,硬度值約為0.3-0.9GPa;高密度C-S-H的典型彈模值約為25-35GPa,硬度值約為1.3-1.9GPa。通過(guò)對(duì)水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的研究,可以更深層次理解水泥混凝土的宏觀性能表現(xiàn)。通過(guò)對(duì)材料“組分-結(jié)構(gòu)-性能”的深入了解,以期最終實(shí)現(xiàn)基于bottom-up理念的基于材料性能的精細(xì)化設(shè)計(jì)。這對(duì)于改變目前粗放式的材料設(shè)計(jì)方法、提升材料性能和耐久性具有重大意義。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2643656