發(fā)布時(shí)間：2021-11-19 07:12

　　水泥基材料是世界上用量最大的建筑材料,具有多相、多尺度特征,其微觀結(jié)構(gòu)與微觀各相的力學(xué)性能構(gòu)成材料整體性能的基礎(chǔ)。建立水泥基材料微觀與宏觀性能之間的多尺度聯(lián)系,是未來(lái)實(shí)現(xiàn)基于性能的材料設(shè)計(jì)的必要途徑。為此,本研究基于實(shí)驗(yàn)力學(xué)方法,旨在對(duì)水泥基材料微觀各相的力學(xué)特性及其影響因素展開(kāi)分析。對(duì)典型水灰比（w/c=0.2,0.4,0.6）和典型水泥等級(jí)的（P.O.32.5,P.O.42.5,P.O.52.5）的水泥凈漿試件進(jìn)行點(diǎn)陣納米壓痕試驗(yàn),采用解卷積分析解析微觀各相的彈性模量和硬度。為克服解卷積分析的不足,引進(jìn)了機(jī)器學(xué)習(xí)中的聚類(lèi)分析方法,用以分析多相材料點(diǎn)陣納米壓痕的混合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線衍射（XRD）等現(xiàn)代材料測(cè)試手段,結(jié)合灰度分析、聚類(lèi)分析Rietveld精修和線性回歸分析等數(shù)據(jù)處理方法,對(duì)水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)與礦相的多相特征進(jìn)行了分析,并進(jìn)一步考察了試驗(yàn)參數(shù)、材料參數(shù)和高溫環(huán)境對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和微觀力學(xué)性能的影響。得到主要成果如下:1)采用SEM觀測(cè)水泥基材料的微觀形貌,發(fā)現(xiàn)水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)隨水灰比降低、水泥強(qiáng)度等級(jí)提高和水化程度提高而更加密實(shí);同時(shí)通過(guò)圖像處... 

【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

美國(guó)佛羅里達(dá)人行天橋坍塌事故Fig.1-1Floridapedestrianbridgecollapse

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文2包括力學(xué)性能、耐久性能及其他物理化學(xué)性能等。但是，C-S-H凝膠顆粒尺度小，組成不定，屬于無(wú)定形狀態(tài)，單一的研究工具和方法無(wú)法獲得對(duì)它的完整認(rèn)識(shí)[5]，為此研究者在物理模型、微觀測(cè)試與表征技術(shù)等多各方面開(kāi)展了大量研究。圖1-1美國(guó)佛羅里達(dá)人行天橋坍塌事故Fig.1-1Floridapedestrianbridgecollapse為解釋水泥基材料的特性，研究者提出了多種關(guān)于水泥基材料的多尺度概念模型[5]，。一種典型的混凝土多尺度模型如圖1-2所示。宏觀尺度上，混凝土由水泥石和粗細(xì)骨料組成；然后是砂漿尺度，表現(xiàn)為沙子嵌入水泥凈漿中；緊接著則是水泥凈漿尺度，這一尺度主要是凝膠材料和其他水泥熟料夾雜物；最微觀層面是水化硅酸鈣凝膠(C-S-H凝膠)。Jennings[5]研究認(rèn)為，C-S-H包含低密度C-S-H和高密度C-S-H兩種基本類(lèi)型，其組成相當(dāng)，孔隙率和堆積密度不同。圖1-2水泥基材料多尺度模型[5]Fig.1-2Four-levelmicrostructureofcement-basedmaterials[5]水泥基材料的宏觀性能諸如強(qiáng)度、耐久性、韌性、耐高溫性和抗腐蝕性等，也與水泥基材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性有直接關(guān)系。圖1-3是混凝土材料多尺度破壞機(jī)理示意圖，混凝土材料的宏觀性能與其微觀孔隙結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)狀態(tài)密切相

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文3關(guān)；反而言之，混凝土微觀層面的物理化學(xué)狀態(tài)也與其在宏觀層面受到的荷載與環(huán)境作用緊密關(guān)聯(lián)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，一方面，可以認(rèn)為混凝土宏觀層面的破壞是由微觀結(jié)構(gòu)的改變和破壞一步步發(fā)展而來(lái)，微觀層面的破壞發(fā)展為細(xì)觀損傷，再直接導(dǎo)致宏觀破壞，并最終造成混凝土結(jié)構(gòu)整體破壞。另一方面，混凝土微觀尺度的變化是由環(huán)境的物理、化學(xué)、力學(xué)的作用導(dǎo)致的。前者是混凝土材料性能多尺度概念的內(nèi)涵，而后者正是混凝土耐久性概念的內(nèi)涵。圖1-3混凝土材料破壞機(jī)理[6]Fig.1-3Schemaoffailuremechanismofconcretematerial[6]目前，我們對(duì)水泥基材料的認(rèn)識(shí)，首先需要加強(qiáng)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)與性能的理解。這一方面的研究主要受限于兩個(gè)方面：一是微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)試技術(shù)問(wèn)題，這一問(wèn)題隨著現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展逐步得以解決，目前可以采用掃描電子顯微鏡(ScanningElectronMicroscope，SEM)、X射線衍射(X-rayDiffraction，XRD)等手段測(cè)試水泥基材料的微觀物理形貌和化學(xué)組分，尤其是納米壓痕技術(shù)的出現(xiàn)，使得準(zhǔn)確表征材料的微觀力學(xué)性能成為可能；另一個(gè)問(wèn)題是水泥基材料微觀多相特征的數(shù)學(xué)表征與分析，這需要從統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)方法中加以深化和拓展。納米壓痕提供了一種當(dāng)前最先進(jìn)的材料微觀測(cè)試技術(shù)，并被MIT研究者引入到水泥基材料的研究中，使全面研究混凝土微觀結(jié)構(gòu)及微觀各相力學(xué)性能對(duì)宏觀性能的影響成為可能。基于此，在本研究中，將采用納米壓痕技術(shù)對(duì)典型水泥基材料的微觀各相力學(xué)性能開(kāi)展測(cè)試，并基于XRD、SEM等微觀測(cè)試手段對(duì)材料的微觀多相特征開(kāi)展研究，并通過(guò)解卷積分析、聚類(lèi)分析和線性回歸分析等數(shù)據(jù)分析方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥基材料多相特征的定量表征和分析。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]超高性能水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能和微結(jié)構(gòu)研究[D]. 趙素晶.東南大學(xué) 2016
[2]混凝土自身與干燥收縮一體化及相關(guān)問(wèn)題研究[D]. 侯東偉.清華大學(xué) 2010

碩士論文
[1]混凝土微觀力學(xué)性能表征及凍融循環(huán)影響[D]. 陳仁宏.上海交通大學(xué) 2015
[2]納米壓痕試驗(yàn)方法研究[D]. 王春亮.機(jī)械科學(xué)研究總院 2007



本文編號(hào)：3504544