基于全场变形分析的水泥基材料自收缩研究

发布时间：2019-11-03 16:13

【摘要】：低水胶比、大掺量矿物掺合料作为高性能水泥基材料的重要特征,会导致自收缩相较于普通水泥基材料大大加剧,而水泥基材料作为一种多相多尺度的非均匀材料,导致自收缩变形也具有非均匀性特点,变形的这种非均匀性会直接导致水泥基材料局部应力集中,加速材料的破坏过程。为了研究水泥基材料自收缩变形的非均匀性,本文利用数字体积相关法(DVC)对自收缩进行全场变形分析。首先,利用DVC获得了硬化水泥浆体自收缩的全场变形。在一定实验和计算条件下,位移场的精度约为0.4微米,应变场的精度为70个微应变左右,足够用于自收缩的测量。将DVC计算得到的收缩值与波纹管法测得的宏观收缩值进行了对比,发现波纹管法测量结果偏小,这可能是因为波纹管法测量过程中存在摩擦阻力、波纹管本身具有弹性模量限制收缩以及样品尺寸之间的巨大差异等原因造成的。在此前提下,对自收缩的变形场进行了深入分析。在空间域中,发现位移场展示出了非均匀性特点,且近似呈线性分布,而对于应变场,不同的应变窗口下所展示的规律大不相同。当应变窗口约为720微米时,切应变在数值上相对于主应变近似可以忽略,而应变场近似呈均匀分布,所反映出来的这种变形信息更接近于宏观变形信息,但是在频率域中,应变场展现出了非均匀性;当应变窗口为320微米时,应变场呈现出强烈的非均匀性特点;当应变窗口为160微米时,非均匀性程度进一步加强。此外,还发现随着水化反应的进行,变形场的非均匀性程度不断减弱。其次,为了分析自收缩变形非均匀性的来源,分别将子体块/应变窗口内(应变窗口尺寸控制在代表性体积单元尺寸以下)的未水化水泥颗粒的体积含量与位移/应变进行统计分析。发现随着未水化水泥颗粒体积含量的增加,位移和应变的分布范围不断缩小,且趋向于0。这说明未水化水泥颗粒作为变形的非均匀性来源之一,限制着水泥基材料的自收缩变形。最后,为了解决传统DVC碰到边界时计算错误的问题,提出了一种基于图像分割的边界问题自动处理方法。利用泡沫铝的写入变形进行验证,证明本方法具有很强的复杂边界的处理能力。相对于自收缩的传统研究方法,本文提供了一种新的研究思路,对水泥基材料自收缩等变形问题的深入研究具有重要意义。
【图文】：

示意图,波纹管,形状,水泥基材料

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示意图,长度法,示意图,水泥基材料

图１－２长度法示意图［３２］逡逑（３）波纹管法逡逑如图１－３，由于波纹管是锯齿形模具，这就可以使水泥基材料与模具的咬合逡逑程度达到最大，即在最大的程度上使得水泥基材料与模具进行协同变形。由于波逡逑纹管沿轴向方向的刚度远小于竖直方向的刚度，使得在塑性阶段的水泥基材料的逡逑体积变形可以完全转化为长度方向上的变形。这使得自收缩值得早阶段测量成为逡逑可能。另外，这种锯齿形模具可以使其与支撑面的接触由传统长度法的面接触转逡逑化为点接触，这就使得在自收缩变形的过程中大大减少了接触面对波纹管摩擦阻逡逑力的束缚作用，从而提高了测量的精确度。逡逑ＢｉｇｔｉＡｘ逡逑逦：．邋逦逦逡逑图１－３波纹管形状晸逡逑水泥基材料的自收缩自搅拌成型开始就存在，因此理想的自收缩测量应当是逡逑自成型之后便立即进行。就这一点而言，体积法测试方式具有明显的优势，然而逡逑其缺点也很明显。长度法测量只能从混凝土结构形成开始
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ172.1

【参考文献】