混凝土疲劳损伤表征和毛细吸水传输过程研究
发布时间：2021-08-25 01:08
随着近些年城市化的高速推进,混凝土在国民经济与社会生活中扮演越来越重要的角色,混凝土材料的耐久性问题也引发了广泛的关注。混凝土多数耐久性破坏过程都以水为媒介而发生,因此研究水分传输过程是明确混凝土耐久性的重要基础。然而,实际工作的混凝土都是受荷载服役的,而由荷载产生的损伤是影响混凝土水分传输和离子侵蚀的重要因素,因此探究混凝土损伤机理及损伤对于水分传输的影响是十分必要的。本文首先基于数字图像相关技术（DIC）对混凝土单侧劈裂和疲劳劈裂这两种加载方式进行裂纹开展机理分析。然后使用X射线透视图像技术（TXR）对无应力下混凝土薄片进行原位、连续、可视化的水分传输检测。最后使用X射线断层扫描技术（XCT）对带损伤的立方体混凝土进行原位、连续、可视化的水分传输检测,分析损伤对混凝土吸水的影响。主要成果如下:（1）基于光学显微镜与DIC云图的观察,发现单侧劈裂混凝土的裂缝缝宽沿着开裂方向减小,而疲劳劈裂混凝土的裂缝缝宽中间大于两端。同时DIC应变云图能够反应混凝土单侧劈裂和疲劳劈裂中裂缝的演化,包括裂纹的起裂时间、形态长度和空间分布;给出疲劳荷载单个循环的演化过程以揭示疲劳损伤积累的机理。结合混凝...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１国内水泥人均产量（数据来自《国家统计年鉴》）??混凝土优异的工作性能以及广范围的使用性使人们易于忽视服役中混凝土??
浙江大学硕士学位论文?绪论??．?．．．ａｙ??！??（ｃ）桥墩侵蚀?（ｄ）混凝土钢筋侵蚀??图１．２混凝土中的破坏部位（图片来自于谷歌）??在日常生活中，大部分混凝土结构在都是承受荷载服役的，包括结构自重、??静载、疲劳或者多种荷载形式的叠加。特别是桥梁结构，除了承担结构本身的重??量，桥墩承受流水、风的循环荷载，桥面承担汽车、风的循环荷载。然而从统计??资料上看，我国大量的桥梁路面，建于２０１０年前的基础设施高速发展的时期，??该时期结构设计与施工速度快，水平低，导致大量混凝土设施较早的进入破坏期??［１２，１３］。因此研究混凝土的损伤机理是研究混凝土耐久性和把握结构准确寿命的基??础，具有揭示性的意义和十分实用的工程价值。??荷载是影响混凝土水分传输和离子侵蚀的重要因素。静载和疲劳荷载均能使??混凝土产生损伤，静载导致混凝土出现微裂缝并连通内部的孔隙结构，而疲劳荷??载加快了裂纹长度和宽度的发展。混凝土损伤和破坏改变了混凝土材料的微观结??构，包括孔隙率、连通性、曲折度以及空间裂纹的分布；提高了离子的渗透性，??大幅度加快了水的渗透速率，极大地改变了混凝土水分和离子传输行为，进而导??致混凝土性能退化和寿命缩短等问题。??我国沿海区域和湖泊地带的混凝土结构在受到各种各样的荷载作用的同时??发生水分传输行为，也就是此结构的混凝土材料发生水分传输及各种微观破坏是??在荷载的影响下发生的。忽略荷载的影响，仅考虑环境作用下混凝土内部水分传??输，或者忽略环境因素的影响，仅考虑疲劳荷载带来的混凝土的损伤，这样不能??科学全面的反映某些承载混凝土结构的耐久性机制。比如，钢筋混凝土桩在地下??一定深度，承
浙江大学硕士学位论文?绪论??面的了解混凝土在有无荷载下的传输行为规律，展开疲劳损伤与水分传输耦合下??的研究。本文探究混凝土在静载、循环荷载下的的劣化机制，同时研究在无损和??有损伤的情况下非饱和混凝土的水分传输行为，揭示因水分传输引起的耐久性劣??化机理，为混凝土结构的寿命预测和维护提供理论依据和技术支撑，为国家工程??项目建设提供数据支持。??１．２国内外研究现状??１．２．１混凝土传输行为??１．２．丨．１混凝土中的水分传输机理??混凝土是一种典型的多相、多组分的多孔介质材料，其孔隙结构系统非常复??杂，在硬化水泥浆体、骨料和界面过渡区中存在大量微孔隙和界面裂缝，均能储??存水分并为水分运输提供通道。根据水在混凝土的存在方式可区分为自由水、吸??附水、层间水和结晶水［１４１，如图１．３所示??細附水??〇ｏｍｓ?＾??图１．３混凝土中的水分存在形式［１４］??自由水，也称毛细孔水，在混凝土中的移动方式为液态流动或者气态扩散。??吸附水作为中性水分子在物理吸附或者毛细管作用力下吸附在毛细孔壁上，以水??膜形式存在。层间水以氢键结合在Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶层的层间，在水化产物中含量不恒??定，当遇高温或强烈干燥时，部分层间水会脱出，层间距离降低引起材料物理性??质发生变化。结晶水是指结合在矿物晶体结构之中非液态水分，与其他水分形式??相比性质稳定不易失去，孔隙结构只有在高温破坏后将失去结晶水。由于物理性??质的特异性，Ｆｅｌｄｍａｎ［１５］认为在水泥装体中结晶水无法参与水分运输，只有自由??水、吸附水和层间水能够运动和迁移。??混凝土内部的水分存在形式并非固定不变，各种水态在一定条件下可以完成??４??
本文编号：3361084
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１国内水泥人均产量（数据来自《国家统计年鉴》）??混凝土优异的工作性能以及广范围的使用性使人们易于忽视服役中混凝土??
浙江大学硕士学位论文?绪论??．?．．．ａｙ??！??（ｃ）桥墩侵蚀?（ｄ）混凝土钢筋侵蚀??图１．２混凝土中的破坏部位（图片来自于谷歌）??在日常生活中，大部分混凝土结构在都是承受荷载服役的，包括结构自重、??静载、疲劳或者多种荷载形式的叠加。特别是桥梁结构，除了承担结构本身的重??量，桥墩承受流水、风的循环荷载，桥面承担汽车、风的循环荷载。然而从统计??资料上看，我国大量的桥梁路面，建于２０１０年前的基础设施高速发展的时期，??该时期结构设计与施工速度快，水平低，导致大量混凝土设施较早的进入破坏期??［１２，１３］。因此研究混凝土的损伤机理是研究混凝土耐久性和把握结构准确寿命的基??础，具有揭示性的意义和十分实用的工程价值。??荷载是影响混凝土水分传输和离子侵蚀的重要因素。静载和疲劳荷载均能使??混凝土产生损伤，静载导致混凝土出现微裂缝并连通内部的孔隙结构，而疲劳荷??载加快了裂纹长度和宽度的发展。混凝土损伤和破坏改变了混凝土材料的微观结??构，包括孔隙率、连通性、曲折度以及空间裂纹的分布；提高了离子的渗透性，??大幅度加快了水的渗透速率，极大地改变了混凝土水分和离子传输行为，进而导??致混凝土性能退化和寿命缩短等问题。??我国沿海区域和湖泊地带的混凝土结构在受到各种各样的荷载作用的同时??发生水分传输行为，也就是此结构的混凝土材料发生水分传输及各种微观破坏是??在荷载的影响下发生的。忽略荷载的影响，仅考虑环境作用下混凝土内部水分传??输，或者忽略环境因素的影响，仅考虑疲劳荷载带来的混凝土的损伤，这样不能??科学全面的反映某些承载混凝土结构的耐久性机制。比如，钢筋混凝土桩在地下??一定深度，承
浙江大学硕士学位论文?绪论??面的了解混凝土在有无荷载下的传输行为规律，展开疲劳损伤与水分传输耦合下??的研究。本文探究混凝土在静载、循环荷载下的的劣化机制，同时研究在无损和??有损伤的情况下非饱和混凝土的水分传输行为，揭示因水分传输引起的耐久性劣??化机理，为混凝土结构的寿命预测和维护提供理论依据和技术支撑，为国家工程??项目建设提供数据支持。??１．２国内外研究现状??１．２．１混凝土传输行为??１．２．丨．１混凝土中的水分传输机理??混凝土是一种典型的多相、多组分的多孔介质材料，其孔隙结构系统非常复??杂，在硬化水泥浆体、骨料和界面过渡区中存在大量微孔隙和界面裂缝，均能储??存水分并为水分运输提供通道。根据水在混凝土的存在方式可区分为自由水、吸??附水、层间水和结晶水［１４１，如图１．３所示??細附水??〇ｏｍｓ?＾??图１．３混凝土中的水分存在形式［１４］??自由水，也称毛细孔水，在混凝土中的移动方式为液态流动或者气态扩散。??吸附水作为中性水分子在物理吸附或者毛细管作用力下吸附在毛细孔壁上，以水??膜形式存在。层间水以氢键结合在Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶层的层间，在水化产物中含量不恒??定，当遇高温或强烈干燥时，部分层间水会脱出，层间距离降低引起材料物理性??质发生变化。结晶水是指结合在矿物晶体结构之中非液态水分，与其他水分形式??相比性质稳定不易失去，孔隙结构只有在高温破坏后将失去结晶水。由于物理性??质的特异性，Ｆｅｌｄｍａｎ［１５］认为在水泥装体中结晶水无法参与水分运输，只有自由??水、吸附水和层间水能够运动和迁移。??混凝土内部的水分存在形式并非固定不变，各种水态在一定条件下可以完成??４??
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