本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：隨著“一帶一路”和發(fā)展海洋強(qiáng)國(guó)等國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施,大量基礎(chǔ)設(shè)施得到興建,如橋梁、港口、高鐵等,致使混凝土材料的消耗量日益增加。在海洋、鹽湖等嚴(yán)酷環(huán)境下,結(jié)構(gòu)混凝土材料的耐久性問題已成為重大挑戰(zhàn)。隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展,大量的礦物摻合料被引入到混凝土材料的制備中,從而使現(xiàn)代水泥基材料具有材料組分復(fù)雜、活性低、變異性大,微結(jié)構(gòu)發(fā)展復(fù)雜等特點(diǎn),致使耐久性研究難度增加。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為研究現(xiàn)代水泥基材料提供了有力的工具。本文基于數(shù)字圖像的水泥水化模型建模機(jī)理,自行編寫和調(diào)試程序,建立了多元水泥基材料水化模型；用該模型預(yù)測(cè)了不同配合比下水泥基材料水化性能和微結(jié)構(gòu)演變過程；自行編寫了用于求解氯離子擴(kuò)散系數(shù)的程序,并結(jié)合多尺度理論,利用有限差分法,預(yù)測(cè)了多元水泥基材料在不同尺度下氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨微結(jié)構(gòu)演變規(guī)律,進(jìn)而研究了氯離子在完整混凝土中的傳輸行為；在考慮裂縫寬度影響氯離子在混凝土中傳輸?shù)幕A(chǔ)上,提出了氯離子在裂縫中擴(kuò)散系數(shù)數(shù)學(xué)公式,利用有限差分法和修正雙重孔隙介質(zhì)理論,研究了不同裂縫屬性對(duì)混凝土傳輸性能的影響。本文取得了如下創(chuàng)新成果：(1)建立了多元水泥基材料水化模型基于原始CEMHYD3D模型建模機(jī)理,即初始微結(jié)構(gòu)的建立-分相-水化規(guī)則三個(gè)過程,在元胞自動(dòng)機(jī)控制下的“溶解-擴(kuò)散-反應(yīng)／成核”的水化規(guī)則的基礎(chǔ)上,自行開發(fā)了包含粉煤灰、礦渣和硅灰的二元、三元以及多元水泥基材料水化模型,獲取了水泥顆粒、水化產(chǎn)物、孔等三維空間分布、數(shù)目和演變過程,揭示了礦物摻合料與水泥和礦物摻合料之間的交互作用規(guī)律,自行編寫了表征三維孔結(jié)構(gòu)程序,進(jìn)而連續(xù)觀測(cè)了孔結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。(2)基于微結(jié)構(gòu),研究了完整混凝土的傳輸行為基于多尺度理論,利用代表性體積單元法,構(gòu)建了水泥基材料多尺度結(jié)構(gòu)；結(jié)合Fick第一定律和有限差分法,開發(fā)了求解氯離子擴(kuò)散系數(shù)的方法—網(wǎng)格傳輸法；在此基礎(chǔ)上,結(jié)合多元水泥基水化模型,提出了預(yù)測(cè)多元水泥基材料不同尺度下的氯離子擴(kuò)散系數(shù)的方法,同時(shí)通過Fick第二定律和質(zhì)量守恒定律,利用中心差分法研究了完整混凝土的傳輸行為,在鋼筋銹蝕臨界氯離子濃度的基礎(chǔ)上,提出了混凝土結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)的方法。(3)基于裂縫屬性,研究了開裂混凝土的傳輸行為依據(jù)氯離子在不同裂縫寬度中的擴(kuò)散規(guī)律,提出了不同裂縫寬度下裂縫內(nèi)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)公式,結(jié)合修正雙重孔隙介質(zhì)理論,得到了裂縫對(duì)混凝土傳輸性能的影響規(guī)律；研究了不同裂縫屬性(外部和內(nèi)部裂縫、寬度、深度、數(shù)目以及取向)對(duì)混凝土傳輸性能的影響,可視化地獲取了氯離子在混凝土內(nèi)的濃度分布。
【關(guān)鍵詞】：水泥基材料 多元 微結(jié)構(gòu) 裂縫 多尺度 傳輸性能 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU528;TQ172.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-27
• 1.2.1 水化模型14-19
• 1.2.1.1 HYMOSTRUC3D模型14-15
• 1.2.1.2 μic模型15
• 1.2.1.3 DuCOM模型(部分)15-17
• 1.2.1.4 CEMHYD3D模型17-18
• 1.2.1.5 THAMES模型18-19
• 1.2.2 礦物摻合料特性研究19-21
• 1.2.2.1 粉煤灰19-20
• 1.2.2.2 粒化高爐礦渣20-21
• 1.2.2.3 硅灰21
• 1.2.3 水泥基材料的多尺度理論21-25
• 1.2.3.1 納米尺度23-24
• 1.2.3.2 微觀尺度24
• 1.2.3.3 微觀尺度24
• 1.2.3.4 介觀尺度24
• 1.2.3.5 宏觀尺度24-25
• 1.2.4 氯離子擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)值模擬25-27
• 1.2.4.1 電模擬法25-26
• 1.2.4.2 隨機(jī)行走法26-27
• 1.3 存在問題的研究動(dòng)態(tài)27
• 1.4 研究目的與研究?jī)?nèi)容27-30
• 第二章 多元水泥基材料的水化性能和微結(jié)構(gòu)演變30-66
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原材料及實(shí)驗(yàn)方法30-34
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原材料30-31
• 2.1.2 XRD定量分析31-34
• 2.1.2.1 XRD-Rietveld定量分析法31-32
• 2.1.2.2 粉煤灰定量分析32-33
• 2.1.2.3 礦渣定量分析33
• 2.1.2.4 硅灰定量分析33-34
• 2.2 水化模型的建立34-55
• 2.2.1 CEMHYD3D建模機(jī)理34-46
• 2.2.1.1 水泥中礦物相信息的確定34-40
• 2.2.1.2 水泥漿體微結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)40-46
• 2.2.2 多元水泥基材料水化模型的建模機(jī)理46-55
• 2.2.2.1 礦物摻合料水化機(jī)理46-47
• 2.2.2.2 CEMHYD3D模型的擴(kuò)展47-50
• 2.2.2.3 模型驗(yàn)證50-52
• 2.2.2.4 孔結(jié)構(gòu)參數(shù)52-55
• 2.3 水泥基材料水化進(jìn)程的預(yù)測(cè)55-64
• 2.4 本章小結(jié)64-66
• 第三章 多尺度預(yù)測(cè)水泥基材料的氯離子擴(kuò)散系數(shù)66-83
• 3.1 水泥基復(fù)合材料多尺度的建立66-74
• 3.1.1 亞微觀尺度的建立66-68
• 3.1.2 微觀尺度的建立68-72
• 3.1.2.1 水泥凈漿基體68-69
• 3.1.2.2 界面過渡區(qū)(ITZ)69-72
• 3.1.3 介觀砂漿尺度的建立72-73
• 3.1.4 介觀混凝土尺度的建立73-74
• 3.2 氯離子擴(kuò)散系數(shù)的預(yù)測(cè)74-81
• 3.2.1 網(wǎng)格傳輸法74-75
• 3.2.2 HD與LD C-S-H的擴(kuò)散系數(shù)75-76
• 3.2.3 凈漿的擴(kuò)散系數(shù)76-78
• 3.2.4 界面過渡區(qū)(ITZ)的擴(kuò)散系數(shù)78-80
• 3.2.5 砂漿的擴(kuò)散系數(shù)80-81
• 3.2.6 混凝土的擴(kuò)散系數(shù)81
• 3.3 本章小結(jié)81-83
• 第四章 完整混凝土傳輸行為的研究83-95
• 4.1 質(zhì)量守恒定律與Fick第二定律83-84
• 4.2 Fick第二定律的數(shù)值解法84-86
• 4.3 氯離子擴(kuò)散系數(shù)的時(shí)變性86-87
• 4.4 混凝土傳輸模型的建立87-94
• 4.4.1 砂漿尺度87-91
• 4.4.2 混凝土尺度91-94
• 4.5 本章小結(jié)94-95
• 第五章 開裂混凝土傳輸行為的研究95-114
• 5.1 引言95-96
• 5.2 開裂混凝土傳輸行為的研究方法96-99
• 5.2.1 氯離子在裂縫中的擴(kuò)散系數(shù)96-98
• 5.2.2 修正雙重孔隙介質(zhì)理論98
• 5.2.3 開裂混凝土傳輸控制方程98-99
• 5.3 開裂混凝土傳輸行為研究方法的應(yīng)用99-113
• 5.3.1 裂縫寬度100-103
• 5.3.2 裂縫深度103-104
• 5.3.3 裂縫數(shù)目104
• 5.3.4 裂縫角度104-107
• 5.3.5 內(nèi)部裂縫107-111
• 5.3.5.1 長(zhǎng)度的影響107-109
• 5.3.5.2 取向的影響109-111
• 5.3.6 骨料的影響111-113
• 5.4 本章小結(jié)113-114
• 第六章 全文結(jié)論114-117
• 6.1 全文結(jié)論114-115
• 6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)115
• 6.3 研究展望115-117
• 附表1：各物相物理參數(shù)117-119
• 參考文獻(xiàn)119-127
• 發(fā)表論文與參與科研項(xiàng)目127-128
• 發(fā)表學(xué)術(shù)論文127
• 參與科研項(xiàng)目127-128
• 致謝128-129

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 鄭曉霞;鄭錫濤;緱林虎;;多尺度方法在復(fù)合材料力學(xué)分析中的研究進(jìn)展[J];力學(xué)進(jìn)展;2010年01期

2 曹禮群;材料物性的多尺度關(guān)聯(lián)與數(shù)值模擬[J];世界科技研究與發(fā)展;2002年06期

3 余紅發(fā),孫偉,麻海燕,鄢良慧;鹽湖地區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的預(yù)測(cè)模型及其應(yīng)用[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年04期

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本文編號(hào)：1105028