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级配复合水泥基ECC的设计制备及其微观力学与拉伸行为的研究

发布时间:2023-03-01 20:35
  水泥基材料的开裂现象是影响建筑物耐久性的关键问题。控制建筑物的开裂过程有助于延长建筑物的服役寿命,也能够有效降低水泥基材料对环境产生的负荷,具有重要意义。应变硬化水泥基材料(SHCC/ECC,Strain hardening cementitious composite/Engineered cementitious composite)为裂缝控制提供了新的解决思路。通过严格限制纤维、基体以及两者之间界面的数量和力学性能等参数,ECC呈现出数百倍于传统混凝土的极限拉应变以及优异的裂缝控制能力(<100μm)。由于设计理论对ECC中组分的参数要求非常严苛,在随机性的干扰下,ECC往往难以稳定呈现应变硬化性能和多缝开裂行为,目前ECC尚未获得大规模的应用。砂浆基体是ECC重要的组成部分,现有基体改善技术如人为引入大型缺陷或提高设计理论的富余系数,会受到特殊原材料的限制或者对ECC的结构和性能带来负面影响,难以从根本上解决基体的组成、结构和性能非均匀分布现象导致的实践与理论间的差异性问题。本文从基体固相的均匀化角度对设计理论进行细化,结合级配复合水泥理论对基体固相的微结构进行设计,降低...

【文章页数】:202 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 应变硬化水泥基复合材料(ECC/SHCC)背景介绍
    1.2 ECC设计理论现状
        1.2.1 应变硬化准则
        1.2.2 裂缝开口位移-应力关系理论模型
        1.2.3 单纤维拔出模型
        1.2.4 界面微观力学参数的优化设计
        1.2.5 设计理论与实践之间的差异——准应变硬化性能系数
        1.2.6 ECC多尺度建模
    1.3 ECC基体的设计理论、改善思路与模型构建方法
        1.3.1 ECC基体设计理论
        1.3.2 ECC基体改善方法
        1.3.3 ECC-Lattice模型及其基体描述方法
        1.3.4 尚存问题
    1.4 本课题研究思路、内容及意义
        1.4.1 研究思路
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 课题研究的意义
第二章 原材料与试验方法
    2.1 原材料
        2.1.1 原材料特征
        2.1.2 原材料分选
    2.2 试件制备
        2.2.1 基体制备
        2.2.2 ECC制备
    2.3 测试与表征
        2.3.1 水化程度
        2.3.2 基体产物分析
        2.3.3 基体微结构
        2.3.4 抗压强度
        2.3.5 抗拉行为
        2.3.6 复合水泥浆体的断裂韧性测试方法
        List of Symbols
第三章 级配复合水泥基ECC的设计制备与表征
    3.1 导论——级配复合水泥基体设计思路
    3.2 级配复合水泥基体设计
        3.2.1 级配复合水泥基ECC基本参数优选
        3.2.2 级配复合水泥基体颗粒级配设计
        3.2.3 级配复合水泥基体断裂韧性调控方法
        3.2.4 级配复合水泥基体配比设计
    3.3 级配复合水泥基ECC微观结构
        3.3.1 级配复合水泥基ECC基体微观结构表征
        3.3.2 级配复合水泥基ECC基体的结构均匀性
        3.3.3 级配复合水泥基ECC的微观形貌
    3.4 级配复合水泥基ECC的力学性能
        3.4.1 级配复合水泥基ECC的基体断裂韧性
        3.4.2 级配复合水泥基ECC的拉伸行为
    3.5 级配复合水泥基ECC的裂缝参数
    3.6 本章小结
第四章 级配复合水泥基ECC的微观力学研究
    4.1 引言——ECC结构解析
        4.1.1 传统ECC结构解析
        4.1.2 级配复合水泥基ECC结构解析
    4.2 级配复合水泥基ECC基体模型构建方法
        4.2.1 模块介绍
        4.2.2 试验型复合水泥基体建模方法
        4.2.3 级配复合水泥基体建模方法
    4.3 级配复合水泥基体的力学性能参数
        4.3.1 试验型复合水泥基体中各微观相力学性能
        4.3.2 级配复合水泥基ECC基体力学行为分析
        4.3.3 非均匀状态下基体收缩应力模拟分析
    4.4 级配复合水泥基ECC中的初始缺陷——气孔分布
        4.4.1 常见ECC基体中的初始缺陷
        4.4.2 级配复合水泥基体中的初始缺陷分布
    4.5 级配复合水泥基体-纤维界面杆单元力学行为
        4.5.1 单根纤维拔出试验设置
        4.5.2 单纤维拔出试验计算模型
        4.5.3 界面参数计算
    4.6 本章小结
第五章 级配复合水泥基ECC拉伸行为模拟分析
    5.1 级配复合水泥基PVA-ECC模型构建
        5.1.1 数值化建模思路
        5.1.2 模型输入参数
        5.1.3 模型边界条件与加载演化过程
    5.2 级配复合水泥基ECC模拟拉伸行为
        5.2.1 级配复合水泥基ECC模拟抗拉应力-应变曲线
        5.2.2 级配复合水泥基ECC裂缝扩展模式
        5.2.3 级配复合水泥基ECC裂缝宽度分布
    5.3 试验结果与模型预测结果差异分析
        5.3.1 模拟结果预测范围
        5.3.2 模型失真原因分析
    5.4 ECC基体的优化设计方向
        5.4.1 传统基体设计方法
        5.4.2 考虑基体固相组成非均匀现象的基体设计方法
    5.5 本章小结
第六章 结论
    6.1 研究成果
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号:3752198

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