非饱和水泥基材料中水分传输的数值模拟研究

发布时间：2021-03-29 09:25

　　钢筋混凝土结构的耐久性一直是困扰土木工程界的热点问题,它不仅关乎节省材料、节约能源以及保护环境等重大问题,并且对经济、社会的可持续发展具有重要意义。对于水泥基材料的诸多耐久性劣化问题,水分的存在及传输过程是不可或缺的必要条件和关键因素。一方面,水既是有害介质（如氯离子、硫酸根离子）侵入混凝土结构内部的重要载体;另一方面,它又是水泥基材料中绝大多数劣化反应（物理、化学）发生所需要的必要条件。水泥基材料中水分主要以毛细吸附、湿扩散和压力渗透三种形式运动。不同条件下,水分的传输机理也会大不相同。因而,为了保证准确地分析水泥基材料的劣化情况,进而对其全寿命周期做出精确预测,最核心的问题就是确定水泥基材料中水分的传输以及分布规律。为此,基于有限单元法（FEM）,本文建立了不同种类水泥基材料水分传输的细观有限元模型,并系统地开展了均质砂浆、开裂水泥基材料、三相复合混凝土以及五相复合再生混凝土中水分传输的数值模拟研究。开展的具体工作及得出的主要结论如下:（1）针对水泥基材料中水分传输试验方法与模拟手段,系统地概述了国内外学者的研究成果,总结了水泥基材料中三种运动状态下的水分传输理论。以毛细吸附作用为... 

【文章来源】：青岛理工大学山东省

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 混凝土耐久性
    1.2 水分与水泥基材料耐久性的关系
    1.3 水分传输研究现状
        1.3.1 水分传输的理论及试验研究
        1.3.2 混凝土中水分传输数值模拟方法
    1.4 本文开展的主要工作
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 本文的研究目的与内容
第2章 水泥基材料中水分传输理论
    2.1 引言
    2.2 水分扩散理论
    2.3 水泥基材料中的饱和流动理论
    2.4 水泥基材料中的非饱和流动理论
        2.4.1 Richards方程
        2.4.2 van Genuchten模型
    2.5 控制方程离散
第3章 非饱和砂浆的水分传输及其数值模拟
    3.1 引言
    3.2 砂浆模型建立
        3.2.1 砂浆几何模型建立
        3.2.2 控制方程与条件设置
        3.2.3 单元网格划分
    3.3 关键参数确定
        3.3.1 原材料及配合比
        3.3.2 试件制备及养护
        3.3.3 等温吸附曲线测定
        3.3.4 饱和水力传导率测定
    3.4 试验对比与讨论
        3.4.1 参照试验
        3.4.2 结果分析与讨论
    3.5 不同初始饱和度的水分传输研究
    3.6 本章小结
第4章 裂缝对砂浆水分传输的影响及其数值模拟
    4.1 引言
    4.2 开裂砂浆模型建立
        4.2.1 几何模型建立
        4.2.2 控制方程建立与条件设置
        4.2.3 有限单元网格划分
    4.3 试验对比与讨论
        4.3.1 参照试验
        4.3.2 模拟结果分析与讨论
    4.4 水源中断对开裂砂浆中水分传输的影响
    4.5 裂缝特征对水分传输的影响
        4.5.1 裂缝宽度
        4.5.2 裂缝长度
        4.5.3 裂缝条数
        4.5.4 裂缝方向
    4.6 基体饱和度对水分传输的影响
    4.7 本章小结
第5章 再生粗骨料对混凝土水分传输的影响及其数值模拟
    5.1 引言
    5.2 普通混凝土模型建立
        5.2.1 随机骨料模型的建立
        5.2.2 控制方程与条件设置
        5.2.3 单元网格划分
        5.2.4 模拟结果与分析
    5.3 再生混凝土模型建立
        5.3.1 几何模型建立
        5.3.2 控制方程与条件设置
        5.3.4 模拟结果与分析
    5.4 取代率对再生混凝土水分传输的影响
    5.5 旧砂浆厚度对水分传输的影响
    5.6 骨料体积分数对水分传输的影响
    5.7 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要研究结论
    6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋环境中温湿度变化对混凝土氯离子传输研究[J]. 赵蕊,金祖权,曹杰荣,杜丰音,康悦.  海洋工程. 2018(01)
[2]混凝土界面过渡区的研究进展[J]. 马玉祥,贺航.  商品混凝土. 2016(12)
[3]模型再生混凝土单轴受压静力与疲劳性能数值仿真[J]. 肖建庄,黄凯文,李龙.  东南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[4]干湿交替下水分及氯离子在混凝土中传输的细观数值模拟[J]. 鲍玖文,王立成.  海洋工程. 2014(01)
[5]二维裂隙岩体渗流传热的离散裂隙网络模型数值计算方法[J]. 陈必光,宋二祥,程晓辉.  岩石力学与工程学报. 2014(01)
[6]干湿交替下表层混凝土中氯离子传输:原理、试验和模拟[J]. 李春秋,李克非.  硅酸盐学报. 2010(04)
[7]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)
[8]中子照相技术及其在混凝土材料研究中的应用[J]. 张鹏,Wittmann F.H.,赵铁军,Lehmann E.H.,金祖权.  混凝土. 2009(04)
[9]高性能混凝土水分扩散数值解法[J]. 晁鹏飞,郑建岚,王雪芳.  福州大学学报(自然科学版). 2007(06)
[10]混凝土中水分迁移机理与模型研究评述[J]. 王新友,蒋正武,高相东,孙振平.  建筑材料学报. 2002(01)

博士论文
[1]饱和—非饱和土壤渗流过程中Richards方程的分析与计算[D]. 赵晨霞.兰州大学 2016
[2]氯离子在混凝土中的输运机理研究[D]. 张奕.浙江大学 2008
[3]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]混凝土中物质传输过程的细观数值模拟研究[D]. 鲍玖文.大连理工大学 2014
[2]混凝土中毛细吸水过程的理论及试验研究[D]. 李淑红.大连理工大学 2011



本文编号：3107332