混凝土細觀結構及損傷對滲透性的影響.pdf

1、本文從細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)組成的三相復合材料。由于這三相的滲透性及力學性能各不相同,它們在混凝土中的分布和損傷情況會影響混凝土的滲透性。通過試驗及數(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)分布的細觀氯離子擴散、滲透模型和塑性損傷模型,然后通過試驗得到了骨料含量和受壓后細觀損傷分布對混凝土滲透性的影響,并進行了數(shù)值模擬。主要研究成果如下:

2、r>　　 1、提出采用計算幾何學中的三維Voronoi圖形的計算方法來建立三維骨料的隨機分布模型。與以往的骨料隨機投放方法相比,該方法沒有骨料重疊的問題,從而可以模擬出骨料含量較高的骨料分布,計算更快,能夠更好地實現(xiàn)對骨料含量、級配、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判斷骨料連續(xù)性的方法。通過混凝土切片照片或CT掃描圖取得混凝土多個截面上的骨料截面分

3、布,對骨料分布進行了三維重建。
　　 2、通過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后,計算出了界面區(qū)的擴散系數(shù),其值約為砂漿的40倍。通過對骨料含量不同的試塊進行快速氯離子滲透試驗,研究了骨料含量對混凝土滲透性的影響,結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,但骨料對氯離子移動的阻礙作用在滲透過程中還是占據(jù)了主導作用,因此骨料含量越高,混凝土的氯離子擴散系數(shù)越小。在粗骨料分布模型基礎上,建立了包含砂

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

5、數(shù)來描述裂紋閉合,彈性模量增加的過程,根據(jù)力學試驗結果計算了損傷變量的演化發(fā)展。假設損傷變量和擴散系數(shù)線性相關,根據(jù)快速滲透試驗結果對兩者的關系進行了擬合。
　　 4、采用Lubliner損傷模型模擬砂漿和骨料,用厚度為零的粘結單元來模擬界面區(qū),建立了包含砂漿、骨料和界面區(qū)三相的混凝土細觀塑性損傷有限元模型,研究了各相力學參數(shù)對混凝土應力-應變關系的影響,其中砂漿力學特性的影響最大,并根據(jù)試驗結果對各相的極限應力和彈性模量進行了