水泥基材料凍融循環(huán)破壞理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、寒冷地區(qū)，高濕環(huán)境下服役的水泥基材料的耐久性飽受凍融破壞的影響，其性能和壽命關(guān)系著安全與經(jīng)濟(jì)利益。作為一個(gè)國(guó)際性研究焦點(diǎn)，目前的研究關(guān)于宏觀性能與微觀結(jié)構(gòu)演化的連接的問(wèn)題，研究不夠透徹;對(duì)于水泥基材料的無(wú)損檢測(cè)，缺乏定量分析描述的方法;預(yù)測(cè)凍融循環(huán)后的內(nèi)部損傷，亦是水泥基材料耐久性研究的主要目的。本文通過(guò)理論模型、微宏觀試驗(yàn)和圖像處理的方法，以期對(duì)水泥基材料凍融循環(huán)微觀結(jié)構(gòu)定量分析，以及微觀和宏觀性能連接問(wèn)題進(jìn)行研究。
　　首先通

2、過(guò)Hashin-Strikman復(fù)合材料理論，計(jì)算低溫受凍條件對(duì)飽水水泥基材料的體積模量、剪切模量和楊氏模量;利用Schapery的能量理論，計(jì)算飽水試樣熱膨脹系數(shù)的變化。基于結(jié)晶壓和靜水壓理論，借助有效應(yīng)力模型，實(shí)現(xiàn)微觀孔內(nèi)部壓力與材料整體受力的連接。此外，還考察了靜水壓對(duì)孔隙水冰點(diǎn)和結(jié)晶所需過(guò)冷度的影響。對(duì)于靜水壓和結(jié)晶壓綜合作用的凍融破壞，采用浸在航空煤油中慢速凍融，利用光纖光柵實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飽飽和氫氧化鈣溶液的水泥凈漿的變形，對(duì)比有效

3、應(yīng)力模型，結(jié)果表明，理論模型結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本趨勢(shì)一致，但結(jié)果仍有所差異。
　　其次，本文提供了一種定量分析水泥基材料凍融損傷的方法。利用X-ray斷層掃描技術(shù)，對(duì)飽水水泥凈漿材料在凍融循環(huán)下的破壞進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。定性描述了凍融循環(huán)前后孔和裂紋的空間分布。利用開源圖像分析軟件ImageJ定量分析了孔和裂紋的演化過(guò)程，包含孔隙率、孔徑分布以及孔的比表面積的變化。定量表征的結(jié)果表明，凍融循環(huán)后，水泥凈漿劣化愈發(fā)嚴(yán)重。凍融循環(huán)后，對(duì)水泥

4、凈漿中孔和裂紋的連通度進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)，并借助隨機(jī)行走算法，對(duì)連通孔隙的曲折度進(jìn)行的分析。利用沿?cái)鄬臃较騿螐圕T圖像平均灰度值的變化確定凍融循環(huán)后試樣中開裂最嚴(yán)重的區(qū)域，并利用原位配準(zhǔn)單張圖像孔隙率變化驗(yàn)證了該方法的可靠性。
　　最后，通過(guò)有效應(yīng)力模型，計(jì)算凍融循環(huán)開裂儲(chǔ)存在水泥凈漿中的能量。利用三液法測(cè)試計(jì)算水泥凈漿真空表面能，忽略能量熱損耗和其他形式的損失，得到水泥凈漿的開裂能。借助能量守恒理論，計(jì)算得到水泥凈漿的裂紋面積，建立開裂