拉应力作用下水泥基材料的氯离子传输性能研究
发布时间：2021-06-30 18:40
在土木工程领域,混凝土耐久性研究一直以来都是一门传统的实验科学。但目前的重大工程中,很多处于硫酸盐侵蚀、氯盐侵蚀、冻融循环、干湿循环等极端严酷环境,使得实验研究难度越来越大。因此,亟需采用数值模拟方法揭示耐久性导致损伤劣化的机理。本文基于多尺度原理,研究了微观尺度的净浆、细观层次的砂浆在应力作用下的损伤演化过程。然后分析损伤后水泥基材料的传输性能。论文取得的主要成果如下:（1）损伤演化过程分析开发了两种有限元分析水泥基材料微观力学性能的接口,根据模型单元性质分为实体单元模型和格构模型,从建模机理上分析发现实体单元模型建模更具优势。两种方法模拟出的破坏过程一致:最终破坏是由一条主裂缝导致,同时存在多个微小裂缝带。对力学结果验证,与相关文献结果吻合,证明了模拟方式的可靠性。（2）水泥基材料微结构扩散性能损伤状态下净浆的离子扩散过程可分为四阶段,以相对应变=2为临界点,计算得出裂缝的体积含量（裂缝单元数量/模型单元总数）不超过1.4%,裂缝/总孔隙的比值不超过4%时,微结构扩散性能就不会发生太大变化。随着损伤的发展,水泥基材料存在产生裂缝、裂缝贯通、裂缝宽度变大这三个过程,而在裂缝贯通阶段中...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CEMHYD3D水化三Figure1-2CEMHYD3Dhydration3Dmicrost
工程硕士专业学位论文4图1-1μic模型微结构示意图[23]Figure1-1Schematicdiagramofthemicrostructureoftheμicmodel[23]1999年，Maekawa教授[24]建立了DuCOM（DurabilityModelofConcrete）数值模拟体系，该模型是一个将水化动力学计算、微结构演变、孔压计算、氯离子传输及平衡等诸多模块耦合在一起的模型，该模型可以用于预测混凝土诸多性能。图1-2CEMHYD3D水化三维微结构示意图与二维截面Figure1-2CEMHYD3Dhydration3Dmicrostructureschematicdiagramand2Dcrosssection图1-3水泥颗粒扩散与水化示意图[25]Figure1-3Schematicdiagramofcementparticlediffusionandhydration[25]20世纪90年代开始，美国国家标准与技术研究院（NIST）的Bentz和Garboczi教授开发了第一款模拟水泥水化的图像基离散模型—CEMHYD3D[25,29,30]。该模型包括两部分，其一为通过背散射实验获取真实水泥颗粒信息，其二根据获取的信息进行投放水泥颗粒-分相-水化步骤。在建模前期，需要先通过试验方法获取水泥颗粒信息。在投球程序中，将水泥颗粒投入系统中。在分相程序中根据实验测得的分相信息将水泥颗粒划分物相。在水化过程中运用元胞自动机技术[31]控制各体素点的溶解、扩散及成核和反应过程。CEMHYD3D基于像素移动的方法可以获得水化产物、孔隙结构、水化热等许多信息。此外，其还有一独特的优势，那就是软件开源，研究者可以在NIST的官网上下载到完整的代码以及软件的详细介绍。基于开源的特点，国内外学者改进完成了非球形水泥颗粒[32]，多元水泥
随机骨料模型[41]
【参考文献】：
期刊论文
[1]非饱和硬化水泥浆氯离子扩散性能的数值模拟[J]. 高云,蒋金洋,吴凯. 建筑材料学报. 2016(06)
[2]基于CT的准脆性材料三维结构重建及应用研究[J]. 于庆磊,杨天鸿,唐世斌,刘洪磊,梁正召,郑喜,贾蓬. 工程力学. 2015(11)
[3]基于随机多尺度力学模型的混凝土力学特性研究[J]. 杜修力,金浏. 工程力学. 2011(S1)
[4]水泥基复合材料在多尺度方面的研究进展[J]. 王彩辉,孙伟,蒋金洋,孙国文,乔运峰. 硅酸盐学报. 2011(04)
[5]基于中子成像的水泥基材料毛细吸水动力学研究[J]. 张鹏,赵铁军,Wittmann F.H.,Lehmann E.. 水利学报. 2011(01)
[6]混凝土损伤类本构关系研究现状与进展[J]. 林皋,刘军,胡志强. 大连理工大学学报. 2010(06)
[7]预测水化水泥浆体离子扩散性能的一种新方法[J]. 刘琳,孙伟,叶光,陈惠苏,van BREUGEL Klaas. 硅酸盐学报. 2010(11)
[8]建筑材料吸水过程中毛细管系数与吸水率关系的理论分析[J]. 王立成. 水利学报. 2009(09)
[9]基于CT图像的混凝土三维微观结构在ANSYS中的实现[J]. 郝书亮,党发宁,陈厚群,梁昕宇. 混凝土. 2009(03)
[10]采用中子照相观测无裂缝和带裂缝混凝土的水分侵入(英文)[J]. 赵铁军,张鹏,F.H.Wittmann,E.Lehmann. 青岛理工大学学报. 2008(05)
博士论文
[1]基于CT图像的混凝土损伤演化及数值模拟研究[D]. 袁则循.中国矿业大学(北京) 2016
[2]脆性微裂纹材料及构件的损伤跨尺度演化分析理论与计算方法[D]. 吴佰建.东南大学 2015
[3]细观混凝土分析模型与方法研究[D]. 金浏.北京工业大学 2014
[4]基于损伤断裂理论的混凝土破坏行为研究[D]. 李朝红.西南交通大学 2012
[5]水泥基材料水分传输的研究[D]. 沈春华.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]水分和氯离子在水泥砂浆中的传输机理研究[D]. 刘庆.青岛理工大学 2016
[2]基于格构模型的三维多尺度混凝土受拉断裂过程数值模拟[D]. 刘家煜.哈尔滨工业大学 2016
[3]多元水泥基材料微结构演变与传输性能的数值模拟[D]. 刘诚.东南大学 2016
[4]基于格构模型的水泥石氯离子扩散研究[D]. 张洪智.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于不规则颗粒的水泥基材料水化进程及其传输性能的数值模拟[D]. 谢德擎.东南大学 2015
[6]基于格构模型的混凝土开裂过程多尺度数值研究[D]. 陈前.哈尔滨工业大学 2014
[7]水泥石薇观结构力学性能模拟[D]. 黄宝华.武汉理工大学 2013
[8]基于细观尺度的水泥混凝土受荷开裂模拟[D]. 尤作磊.长安大学 2012
本文编号：3258276
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CEMHYD3D水化三Figure1-2CEMHYD3Dhydration3Dmicrost
工程硕士专业学位论文4图1-1μic模型微结构示意图[23]Figure1-1Schematicdiagramofthemicrostructureoftheμicmodel[23]1999年，Maekawa教授[24]建立了DuCOM（DurabilityModelofConcrete）数值模拟体系，该模型是一个将水化动力学计算、微结构演变、孔压计算、氯离子传输及平衡等诸多模块耦合在一起的模型，该模型可以用于预测混凝土诸多性能。图1-2CEMHYD3D水化三维微结构示意图与二维截面Figure1-2CEMHYD3Dhydration3Dmicrostructureschematicdiagramand2Dcrosssection图1-3水泥颗粒扩散与水化示意图[25]Figure1-3Schematicdiagramofcementparticlediffusionandhydration[25]20世纪90年代开始，美国国家标准与技术研究院（NIST）的Bentz和Garboczi教授开发了第一款模拟水泥水化的图像基离散模型—CEMHYD3D[25,29,30]。该模型包括两部分，其一为通过背散射实验获取真实水泥颗粒信息，其二根据获取的信息进行投放水泥颗粒-分相-水化步骤。在建模前期，需要先通过试验方法获取水泥颗粒信息。在投球程序中，将水泥颗粒投入系统中。在分相程序中根据实验测得的分相信息将水泥颗粒划分物相。在水化过程中运用元胞自动机技术[31]控制各体素点的溶解、扩散及成核和反应过程。CEMHYD3D基于像素移动的方法可以获得水化产物、孔隙结构、水化热等许多信息。此外，其还有一独特的优势，那就是软件开源，研究者可以在NIST的官网上下载到完整的代码以及软件的详细介绍。基于开源的特点，国内外学者改进完成了非球形水泥颗粒[32]，多元水泥
随机骨料模型[41]
【参考文献】：
期刊论文
[1]非饱和硬化水泥浆氯离子扩散性能的数值模拟[J]. 高云,蒋金洋,吴凯. 建筑材料学报. 2016(06)
[2]基于CT的准脆性材料三维结构重建及应用研究[J]. 于庆磊,杨天鸿,唐世斌,刘洪磊,梁正召,郑喜,贾蓬. 工程力学. 2015(11)
[3]基于随机多尺度力学模型的混凝土力学特性研究[J]. 杜修力,金浏. 工程力学. 2011(S1)
[4]水泥基复合材料在多尺度方面的研究进展[J]. 王彩辉,孙伟,蒋金洋,孙国文,乔运峰. 硅酸盐学报. 2011(04)
[5]基于中子成像的水泥基材料毛细吸水动力学研究[J]. 张鹏,赵铁军,Wittmann F.H.,Lehmann E.. 水利学报. 2011(01)
[6]混凝土损伤类本构关系研究现状与进展[J]. 林皋,刘军,胡志强. 大连理工大学学报. 2010(06)
[7]预测水化水泥浆体离子扩散性能的一种新方法[J]. 刘琳,孙伟,叶光,陈惠苏,van BREUGEL Klaas. 硅酸盐学报. 2010(11)
[8]建筑材料吸水过程中毛细管系数与吸水率关系的理论分析[J]. 王立成. 水利学报. 2009(09)
[9]基于CT图像的混凝土三维微观结构在ANSYS中的实现[J]. 郝书亮,党发宁,陈厚群,梁昕宇. 混凝土. 2009(03)
[10]采用中子照相观测无裂缝和带裂缝混凝土的水分侵入(英文)[J]. 赵铁军,张鹏,F.H.Wittmann,E.Lehmann. 青岛理工大学学报. 2008(05)
博士论文
[1]基于CT图像的混凝土损伤演化及数值模拟研究[D]. 袁则循.中国矿业大学(北京) 2016
[2]脆性微裂纹材料及构件的损伤跨尺度演化分析理论与计算方法[D]. 吴佰建.东南大学 2015
[3]细观混凝土分析模型与方法研究[D]. 金浏.北京工业大学 2014
[4]基于损伤断裂理论的混凝土破坏行为研究[D]. 李朝红.西南交通大学 2012
[5]水泥基材料水分传输的研究[D]. 沈春华.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]水分和氯离子在水泥砂浆中的传输机理研究[D]. 刘庆.青岛理工大学 2016
[2]基于格构模型的三维多尺度混凝土受拉断裂过程数值模拟[D]. 刘家煜.哈尔滨工业大学 2016
[3]多元水泥基材料微结构演变与传输性能的数值模拟[D]. 刘诚.东南大学 2016
[4]基于格构模型的水泥石氯离子扩散研究[D]. 张洪智.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于不规则颗粒的水泥基材料水化进程及其传输性能的数值模拟[D]. 谢德擎.东南大学 2015
[6]基于格构模型的混凝土开裂过程多尺度数值研究[D]. 陈前.哈尔滨工业大学 2014
[7]水泥石薇观结构力学性能模拟[D]. 黄宝华.武汉理工大学 2013
[8]基于细观尺度的水泥混凝土受荷开裂模拟[D]. 尤作磊.长安大学 2012
本文编号：3258276
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