冻融循环作用下混凝土孔隙结构特征及损伤演化规律研究

发布时间：2020-10-10 05:22

　　 伴随着人类生存空间的不断扩展和生存环境的日趋多样化,大量混凝土结构长期处于极其恶劣的环境之下,其中在高寒地区冻融循环作用对混凝土材料力学性能和耐久性影响巨大。作为一种典型的人工复合材料,混凝土包含的三相结构(孔隙、骨料、砂浆)特征与其宏观性能存在着密切的关系,开展针对冻融循环作用下混凝土三相结构演化规律相关研究对深入探讨混凝土材料损伤破坏机理,指导混凝土材料配合比与生产工艺改进具有极为重要的意义。孔隙结构是混凝土材料三相结构中对其抗冻性能影响最为直接的组成部分,目前的研究主要集中在定性分析以及以孔隙率为主要参数的初步定量分析当中。然而,该方法仅能表征孔隙结构的部分特征。因此在混凝土材料细微观结构研究中引入孔径分布等参数,全面考虑孔结构特征具有重要意义。开展工作如下:(1)开展了冻融循环作用下混凝土材料内部孔隙结构演化规律的研究。研究中在传统孔隙结构测试方法压汞法的基础上,引入CT扫描技术,将孔隙孔径测试范围扩大至10nm至10mm。在CT扫描研究中,引入CT数均值和盒维数分型模型,其中CT数均值能够较为粗略地描述混凝土试样在冻融循环作用下的损伤过程,而盒维数分型模型能够有效体现CT可识别孔的分形特征。针对孔隙率作为单一参数在描述孔隙结构特征方面的不足,文中引入了孔径分布、孔隙数量等参数作为辅助。研究表明,冻融循环后有害孔比重逐渐增长,经历100次冻融循环后混凝土孔隙结构发生了显著的变化。(2)建立了混凝土细观孔隙结构特征与宏观力学性能的关系,并引入了损伤理论,在分析冻融循环作用下混凝土宏观破坏发展规律的基础上,结合研究中的CT扫描试验数据建立了以孔隙率、CT数均值和CT数标准差为参数的损伤模型,研究表明损伤变量与冻融循环次数具有较强的线性相关关系,其中孔隙率损伤参数和CT数标准差损伤参数均能较好地反应冻融循环损伤过程度,而CT数均值损伤参数在损伤程度较大时有效性较差。(3)基于CT扫描建立的数字模型,分别采用立体光刻和三维喷墨两种3D打印工艺制备了包含混凝土细观结构特征的3D打印试样并开展了宏观力学试验。研究表明,3D打印技术能够精确还原混凝土内部细观孔隙结构特征,其中,立体光刻技术能够实现混凝土材料的三相结构打印。3D打印试样的孔结构-宏观强度关系与其打印工艺及打印材料密切相关,采用三维喷墨工艺指标的试样与真实混凝土试样孔结构-强度关系上一致性较强。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

图 2.1 混凝土自动快速冻融机及温控曲线观力学试验观力学试验中采用美特斯工业系统（中国）有限公司 SHT4605 微机材料试验机对未经历冻融循环作用以及经历 25，50，75，100 次冻试样进行测试。单轴抗压试验中首先预应力至 2kN,以 0.005mm/s 的至试样破坏。在试样与加载设备间添加 PTFE 塑料薄膜和碳粉以减响。每次测试至少包含 3 个试样，最终以平均单轴抗压强度作为混的宏观评价指标。冻融循环后的混凝土试样（0，25，50，75，10 打印试样在进行了宏观力学试验后，取破碎试样进一步处理作为

图 2.2 微机控制电液伺服万能材料试验机试验 扫描试验在太原市医院 SIEMENS16 排螺旋 CT 机（图 2.3）上用的试验参数如表所示。获得 CT 扫描数据后，采用了 CT 图像行三维数字模型的建立和二维图像的输出。针对三维数字模MAX 3.0 提取孔隙结构相关参数。针对二维图像的处理，本研究us 进行了基于灰度图像的二维孔隙结构分析。表 2.2 CT 设备相关参数名称 SIEMENS16 排螺旋 CT 机电压 电压 120kV电流 电流 300mA层厚 0.5mm

SIEMENS16排螺旋CT机

【参考文献】

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3 于蕾;张君;张金喜;马宝成;;水泥混凝土宏观性能与孔结构量化关系模型[J];哈尔滨工程大学学报;2015年11期

4 兰红波;李涤尘;卢秉恒;;微纳尺度3D打印[J];中国科学:技术科学;2015年09期

5 张凯;王起才;王庆石;李伟龙;李建新;;含气量对混凝土早期强度的研究[J];混凝土;2015年03期

6 万小梅;张同波;赵铁军;江崇波;任旭晨;;盐冻环境下混凝土的微结构和氯离子渗透性[J];建筑材料学报;2015年04期

7 王庆石;王起才;张凯;李伟龙;李建新;;不同含气量混凝土的孔结构及抗冻性分析[J];硅酸盐通报;2015年01期

8 张雄;黄廷皓;张永娟;高辉;姜曼;;Image-Pro Plus混凝土孔结构图像分析方法[J];建筑材料学报;2015年01期

9 鞠杨;谢和平;郑泽民;卢晋波;毛灵涛;高峰;彭瑞东;;基于3D打印技术的岩体复杂结构与应力场的可视化方法[J];科学通报;2014年32期

10 程臻峗;;碱矿渣水泥混凝土的抗渗性能试验研究[J];硅酸盐通报;2014年11期

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2 孔丽娟;陶粒混合骨料混凝土结构与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

3 商怀帅;引气混凝土冻融循环后多轴强度的试验研究[D];大连理工大学;2006年

4 王向东;混凝土损伤理论在水工结构仿真分析中的应用[D];河海大学;2004年

5 覃丽坤;高温及冻融循环后混凝土多轴强度和变形试验研究[D];大连理工大学;2003年

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1 陈仁宏;混凝土微观力学性能表征及冻融循环影响[D];上海交通大学;2015年

2 曲坤;氯盐侵蚀和冻融循环下高强粉煤灰混凝土的粘结强度研究[D];沈阳工业大学;2012年

本文编号：2834784