本文關(guān)鍵詞：基于多相夾雜理論的水泥混凝土熱膨脹系數(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 水泥混凝土 熱膨脹系數(shù) 細觀力學 多相夾雜 廣義自洽法

【摘要】：水泥混凝土作為一種重要的建筑工程結(jié)構(gòu)材料,在建筑、橋梁、水利等方面應(yīng)用廣泛。目前水泥混凝土路面在我國公路建設(shè)中應(yīng)用也很普遍,但是由溫度應(yīng)力引起的水泥混凝土路面開裂問題嚴重,制約了水泥路面的應(yīng)用和發(fā)展。熱膨脹系數(shù)是影響溫度應(yīng)力的重要熱物性參數(shù)之一,對其研究有助于減小水泥混凝土路面板內(nèi)溫度應(yīng)力、減少水泥混凝土路面板溫度裂縫、提高水泥混凝土路面使用壽命。因此探索一種經(jīng)濟適用、準確度高的熱膨脹系數(shù)預測方法具有重大的理論和實際意義。本文將水泥混凝土視為多相夾雜復合材料,建立細觀尺度下水泥混凝土模型,基于細觀力學基本理論,推導出水泥混凝土材料宏觀上熱膨脹系數(shù)顯示表達式,并且通過試驗驗證模型及計算結(jié)果的準確性,最后在理論模型的基礎(chǔ)上探究影響水泥混凝土熱膨脹系數(shù)的主要因素。本文主要研究內(nèi)容和成果如下:首先對比分析不同種細觀力學模型優(yōu)缺點和適用性,選擇考慮夾雜之間相互作用的廣義自洽模型,區(qū)別于常見的圓形骨料假設(shè),分別建立橢圓形和長方形骨料形狀假設(shè)下的水泥混凝土細觀力學模型;根據(jù)細觀力學基本理論,推導出兩種骨料形狀假設(shè)下用混凝土細觀組分材料性質(zhì)表達的宏觀有效熱膨脹系數(shù)顯式表達式;為了方便計算,利用MATLAB軟件建立水泥混凝土熱膨脹系數(shù)計算的用戶操作界面。其次實驗室測定水泥混凝土熱膨脹系數(shù)。為了從多方面研究理論計算值與試驗結(jié)果的吻合程度,制作了不同水灰比、不同級配、不同骨料類型的混凝土試件。制定測試水泥混凝土熱膨脹系數(shù)的試驗方案,試驗裝置是改進的低溫三軸試驗裝置,利用溫度傳感器和位移傳感器自動采集不同溫度下水泥混凝土試件高度方向的變形量,將溫度數(shù)據(jù)和線膨脹率線性擬合得到混凝土的熱膨脹系數(shù)。為了分析骨料形狀,通過拍照或者掃描的方式得到試驗中所用骨料的平面圖像,利用圖像分析處理軟件,對骨料形狀進行分析,得到每種骨料形狀數(shù)據(jù)。確定骨料形狀參數(shù)、力學參數(shù)以及熱物性參數(shù)的輸入,得到不同水泥混凝土熱膨脹系數(shù)的理論計算值,并將理論計算值與試驗值進行對比,驗證了在橢圓形和方形兩種骨料形狀假設(shè)模型下,都能較準確的預測水泥混凝土材料的熱膨脹系數(shù),相對誤差可以控制在15%以內(nèi)。最后,對影響水泥混凝土材料熱膨脹系數(shù)的影響因素進行探究。基于理論模型,通過改變理論計算公式參數(shù)的輸入,分別從夾雜相、基體相和等效夾雜相三個方面,分析不同組分材料性質(zhì)對熱膨脹系數(shù)影響。結(jié)果表明,水泥混凝土材料熱膨脹系數(shù)會隨著骨料和砂漿熱膨脹系數(shù)的增加而增加;隨著骨料體積分數(shù)和彈性模量的增加而減小。最后通過影響因素分析,從材料角度提出減小熱膨脹系數(shù)的措施。
【關(guān)鍵詞】：水泥混凝土 熱膨脹系數(shù) 細觀力學 多相夾雜 廣義自洽法
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U416.216
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 細觀力學發(fā)展11-12
• 1.2.2 細觀力學在路面材料力學性能上的研究12-13
• 1.2.3 細觀力學在混凝土熱膨脹系數(shù)上的研究13
• 1.2.4 國內(nèi)外文獻綜述13-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容14-15
• 1.4 研究方案及研究路線15-18
• 1.4.1 研究方案15-17
• 1.4.2 研究路線17-18
• 第2章 基于細觀力學的水泥混凝土熱膨脹系數(shù)理論解18-36
• 2.1 細觀力學模型18-21
• 2.1.1 細觀力學均勻化方法18-20
• 2.1.2 多相夾雜模型近似方法20-21
• 2.2 水泥混凝土細觀力學模型21-23
• 2.3 復合材料宏觀應(yīng)變與細觀組分的關(guān)系23-30
• 2.3.1 基于能量等效的宏觀應(yīng)力應(yīng)變表示方法23-25
• 2.3.2 細觀力學基本理論25-27
• 2.3.3 Eshelby張量27-30
• 2.4 熱膨脹系數(shù)理論解30-35
• 2.4.1 有效自洽估計30-31
• 2.4.2 熱膨脹系數(shù)計算31-33
• 2.4.3 用戶操作界面建立33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 水泥混凝土細觀力學模型驗證36-57
• 3.1 骨料形狀分析36-42
• 3.1.1 方法36-38
• 3.1.2 結(jié)果及分析38-42
• 3.2 熱膨脹系數(shù)試驗42-48
• 3.2.1 試驗方法42-45
• 3.2.2 結(jié)果及分析45-48
• 3.3 不同水灰比下模型驗證48-50
• 3.3.1 參數(shù)確定48-49
• 3.3.2 結(jié)果比較49-50
• 3.4 不同級配下模型驗證50-53
• 3.4.1 參數(shù)確定50-52
• 3.4.2 結(jié)果比較52-53
• 3.5 不同骨料類型模型驗證53-55
• 3.5.1 參數(shù)確定53-55
• 3.5.2 結(jié)果比較55
• 3.6 本章小結(jié)55-57
• 第4章 基于理論模型的影響因素分析57-70
• 4.1 夾雜相對熱膨脹系數(shù)的影響57-62
• 4.1.1 骨料熱膨脹系數(shù)57-58
• 4.1.2 骨料彈性模量58-59
• 4.1.3 骨料類型59-62
• 4.2 基體相對熱膨脹系數(shù)的影響62-66
• 4.2.1 砂漿相厚度62-65
• 4.2.2 砂漿熱膨脹系數(shù)65-66
• 4.2.3 砂漿彈性模量66
• 4.3 等效夾雜相對熱膨脹系數(shù)的影響66-67
• 4.4 減小熱膨脹系數(shù)的建議67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻72-76
• 附錄76-81
• 致謝81

，

本文編號：911940