基于細(xì)觀力學(xué)的摻膨脹劑水泥基材料應(yīng)力分析研究.pdf

1、水泥基材料的早期收縮開裂是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性降低、服役壽命縮短的重要因素之一，在水泥基材料中摻入膨脹劑可有效抑制其收縮變形，改善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。本文圍繞摻膨脹劑后水泥基材料膨脹力學(xué)問題，通過實驗測試、理論建模與數(shù)值分析，探究了摻膨脹劑的水泥基材料在水化過程中的變形和應(yīng)力變化規(guī)律。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)設(shè)計并制作了不同水灰比和膨脹劑摻量下圓柱體水泥凈漿和水泥砂漿試件，測試了不同養(yǎng)護齡期時的圓柱體試件的徑向自由

2、膨脹率，分析了養(yǎng)護齡期、水灰比和膨脹劑摻量對各圓柱體試件徑向自由膨脹率的影響。結(jié)果表明:水泥基材料圓柱體試件的徑向自由膨脹率在14天前隨齡期的增加而增大，但在14天后略有下降，并趨于穩(wěn)定;各試件的徑向自由膨脹率隨膨脹劑摻量的增加而增大，但隨水灰比的增大而減小;在相同條件下，水泥凈漿試件的徑向自由膨脹率高于水泥砂漿的徑向自由膨脹率。
　　 (2)基于復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)理論，建立了含鈣礬石膨脹單元的水泥凈漿兩相和水泥砂漿三相復(fù)合材料

3、的代表性體積單元模型;根據(jù)各相材料單元之間的相互作用，建立了水泥基材料代表性體積單元內(nèi)的微觀位移、微觀應(yīng)變和微觀應(yīng)力的計算模型，并利用均勻化方法，給出了無限大水泥凈漿和水泥砂漿試件中宏觀應(yīng)力的計算方法;最后，進行了摻入一定量膨脹劑的水泥凈漿試件膨脹應(yīng)力的實例計算，結(jié)果表明，摻入適量的膨脹劑，可對水泥凈漿的收縮變形起到補償作用，而膨脹劑的摻量過小，補償作用不明顯，摻量過大，在水泥凈漿內(nèi)部產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力過大，將引起水泥凈漿試件的開裂。

4、>　　 (3)利用Powers水化模型和細(xì)觀力學(xué)的Moil-Tanaka方法，給出了不同水泥水化程度時的水泥凈漿、水泥砂漿和混凝土材料的彈性模量和泊松比的計算方法，分析了水泥水化程度、水灰比等參數(shù)對材料的彈性模量和泊松比的影響。結(jié)果表明，隨著水泥水化程度的增加，水泥基材料的彈性模量增大，但泊松比減小，且水泥水化前期，二者增加較快，但水化后期，隨著水泥水化程度的穩(wěn)定而逐漸趨于平穩(wěn);高水灰比的水泥基材料的彈性模量小于低水灰比低水灰比材料的