混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)及損傷對(duì)滲透性的影響.pdf

1、本文從細(xì)觀的角度將混凝土視為粗骨料、砂漿以及這兩者之間的界面區(qū)組成的三相復(fù)合材料。由于這三相的滲透性及力學(xué)性能各不相同,它們?cè)诨炷林械姆植己蛽p傷情況會(huì)影響混凝土的滲透性。通過(guò)試驗(yàn)及數(shù)值分析等方法,系統(tǒng)地研究了骨料分布和混凝土損傷對(duì)滲透性的影響。首先建立了骨料分布模型,考慮骨料及界面區(qū)分布的細(xì)觀氯離子擴(kuò)散、滲透模型和塑性損傷模型,然后通過(guò)試驗(yàn)得到了骨料含量和受壓后細(xì)觀損傷分布對(duì)混凝土滲透性的影響,并進(jìn)行了數(shù)值模擬。主要研究成果如下:

2、r>　　 1、提出采用計(jì)算幾何學(xué)中的三維Voronoi圖形的計(jì)算方法來(lái)建立三維骨料的隨機(jī)分布模型。與以往的骨料隨機(jī)投放方法相比,該方法沒(méi)有骨料重疊的問(wèn)題,從而可以模擬出骨料含量較高的骨料分布,計(jì)算更快,能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)骨料含量、級(jí)配、骨料間距等參數(shù)的控制。
　　 由于骨料在混凝土中是分散分布的,其連續(xù)性并不明確。本文提出了采用骨料截面的重疊率來(lái)判斷骨料連續(xù)性的方法。通過(guò)混凝土切片照片或CT掃描圖取得混凝土多個(gè)截面上的骨料截面分

3、布,對(duì)骨料分布進(jìn)行了三維重建。
　　 2、通過(guò)在水泥砂漿中置入規(guī)則形狀的骨料,在快速氯離子滲透試驗(yàn)后,計(jì)算出了界面區(qū)的擴(kuò)散系數(shù),其值約為砂漿的40倍。通過(guò)對(duì)骨料含量不同的試塊進(jìn)行快速氯離子滲透試驗(yàn),研究了骨料含量對(duì)混凝土滲透性的影響,結(jié)果表明隨著骨料的增加,雖然高滲透性的界面區(qū)也隨之增加,但骨料對(duì)氯離子移動(dòng)的阻礙作用在滲透過(guò)程中還是占據(jù)了主導(dǎo)作用,因此骨料含量越高,混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)越小。在粗骨料分布模型基礎(chǔ)上,建立了包含砂

4、漿、骨料和幾何厚度為零界面區(qū)的氯離子擴(kuò)散和滲透有限差分模型,對(duì)不同骨料含量混凝土的氯離子滲透進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相符。
　　 3、通過(guò)對(duì)受壓后產(chǎn)生不同程度損傷的混凝土試塊進(jìn)行快速氯離子滲透試驗(yàn),研究了混凝土損傷對(duì)滲透性的影響。結(jié)果表明在加載初期,壓力對(duì)混凝土有壓實(shí)的作用,使裂紋閉合,損傷變量和擴(kuò)散系數(shù)減小;隨著混凝土應(yīng)變的增加,裂紋不斷地生成和擴(kuò)展,損傷變量開(kāi)始逐漸增大,擴(kuò)散系數(shù)也隨之變大。本文提出了相對(duì)裂紋閉合系

5、數(shù)來(lái)描述裂紋閉合,彈性模量增加的過(guò)程,根據(jù)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算了損傷變量的演化發(fā)展。假設(shè)損傷變量和擴(kuò)散系數(shù)線性相關(guān),根據(jù)快速滲透試驗(yàn)結(jié)果對(duì)兩者的關(guān)系進(jìn)行了擬合。
　　 4、采用Lubliner損傷模型模擬砂漿和骨料,用厚度為零的粘結(jié)單元來(lái)模擬界面區(qū),建立了包含砂漿、骨料和界面區(qū)三相的混凝土細(xì)觀塑性損傷有限元模型,研究了各相力學(xué)參數(shù)對(duì)混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響,其中砂漿力學(xué)特性的影響最大,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)各相的極限應(yīng)力和彈性模量進(jìn)行了