多元水泥基材料微結(jié)構(gòu)演變與傳輸性能的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著“一帶一路”和發(fā)展海洋強(qiáng)國(guó)等國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，大量基礎(chǔ)設(shè)施得到興建，如橋梁、港口、高鐵等，致使混凝土材料的消耗量日益增加。在海洋、鹽湖等嚴(yán)酷環(huán)境下，結(jié)構(gòu)混凝土材料的耐久性問題已成為重大挑戰(zhàn)。隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展，大量的礦物摻合料被引入到混凝土材料的制備中，從而使現(xiàn)代水泥基材料具有材料組分復(fù)雜、活性低、變異性大，微結(jié)構(gòu)發(fā)展復(fù)雜等特點(diǎn)，致使耐久性研究難度增加。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為研究現(xiàn)代水泥基材料提供了有力的工具。
　　本文基于數(shù)

2、字圖像的水泥水化模型建模機(jī)理，自行編寫和調(diào)試程序，建立了多元水泥基材料水化模型;用該模型預(yù)測(cè)了不同配合比下水泥基材料水化性能和微結(jié)構(gòu)演變過程;自行編寫了用于求解氯離子擴(kuò)散系數(shù)的程序，并結(jié)合多尺度理論，利用有限差分法，預(yù)測(cè)了多元水泥基材料在不同尺度下氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨微結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，進(jìn)而研究了氯離子在完整混凝土中的傳輸行為;在考慮裂縫寬度影響氯離子在混凝土中傳輸?shù)幕A(chǔ)上，提出了氯離子在裂縫中擴(kuò)散系數(shù)數(shù)學(xué)公式，利用有限差分法和修正雙重孔隙介質(zhì)

3、理論，研究了不同裂縫屬性對(duì)混凝土傳輸性能的影響。本文取得了如下創(chuàng)新成果:
　　(1)建立了多元水泥基材料水化模型
　　基于原始CEMHYD3D模型建模機(jī)理，即初始微結(jié)構(gòu)的建立-分相-水化規(guī)則三個(gè)過程，在元胞自動(dòng)機(jī)控制下的“溶解-擴(kuò)散-反應(yīng)/成核”的水化規(guī)則的基礎(chǔ)上，自行開發(fā)了包含粉煤灰、礦渣和硅灰的二元、三元以及多元水泥基材料水化模型，獲取了水泥顆粒、水化產(chǎn)物、孔等三維空間分布、數(shù)目和演變過程，揭示了礦物摻合料與水泥和礦物摻

4、合料之間的交互作用規(guī)律，自行編寫了表征三維孔結(jié)構(gòu)程序，進(jìn)而連續(xù)觀測(cè)了孔結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。
　　(2)基于微結(jié)構(gòu)，研究了完整混凝土的傳輸行為
　　基于多尺度理論，利用代表性體積單元法，構(gòu)建了水泥基材料多尺度結(jié)構(gòu);結(jié)合Fick第一定律和有限差分法，開發(fā)了求解氯離子擴(kuò)散系數(shù)的方法—網(wǎng)格傳輸法;在此基礎(chǔ)上，結(jié)合多元水泥基水化模型，提出了預(yù)測(cè)多元水泥基材料不同尺度下的氯離子擴(kuò)散系數(shù)的方法，同時(shí)通過Fick第二定律和質(zhì)量守恒定律，利用中心

5、差分法研究了完整混凝土的傳輸行為，在鋼筋銹蝕臨界氯離子濃度的基礎(chǔ)上，提出了混凝土結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)的方法。
　　(3)基于裂縫屬性，研究了開裂混凝土的傳輸行為
　　依據(jù)氯離子在不同裂縫寬度中的擴(kuò)散規(guī)律，提出了不同裂縫寬度下裂縫內(nèi)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)公式，結(jié)合修正雙重孔隙介質(zhì)理論，得到了裂縫對(duì)混凝土傳輸性能的影響規(guī)律;研究了不同裂縫屬性（外部和內(nèi)部裂縫、寬度、深度、數(shù)目以及取向）對(duì)混凝土傳輸性能的影響，可視化地獲取了氯離子在混凝土內(nèi)