多孔生態(tài)混凝土細觀層次數(shù)值模擬研究.pdf

1、多孔生態(tài)混凝土（porous ecological concrete）作為一種環(huán)境友好型建筑材料，能夠良好地應(yīng)用于海綿城市建設(shè)中的透水路面設(shè)計與生態(tài)凈化系統(tǒng)，成為我國建設(shè)“海綿城市”的主要依托環(huán)保材料之一。它是一種以水泥作為膠結(jié)材料，以粗骨料作為架構(gòu)材料，內(nèi)部具有連續(xù)大孔隙的特殊鏤空骨架結(jié)構(gòu)混凝土制品。因其具有良好的透水透氣性與生物相容性，在節(jié)能環(huán)保、生態(tài)建設(shè)等方面將發(fā)揮出巨大的社會、經(jīng)濟效益。當前，我國對于多孔生態(tài)混凝土物理力學性能方

2、面的研究已取得一定成果，但對其特殊孔隙結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間關(guān)系的研究還未深入開展。本文基于課題組已有研究成果，利用普通混凝土細觀數(shù)值模擬研究思路與方法，通過試驗分析與三維細觀數(shù)值模型的建立，對多孔生態(tài)混凝土在荷載作用下的損傷、裂縫發(fā)展規(guī)律進行了探討。分析結(jié)果表明：壓應(yīng)力通過骨料縱向傳播，上層存在孔隙的骨料區(qū)會產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而引發(fā)初始裂縫。裂縫最早發(fā)生在開口孔隙邊緣的骨料上和骨料與砂漿的粘結(jié)薄弱區(qū)，然后沿著骨料的邊緣進一步擴展，并與孔隙形成

3、貫通，直至失穩(wěn)破壞。基于蒙特卡羅法與碰撞檢測算法，提出了二維隨機骨料接觸投放算法，為多孔生態(tài)混凝土隨機骨料數(shù)值模擬研究提供模型基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)多孔生態(tài)混凝土的配合比與物理力學特性關(guān)系。基于基準配合比設(shè)計了試驗配合比，對多孔生態(tài)混凝土有效孔隙率、抗壓強度、抗折強度等參數(shù)進行試驗測試，分析得出最佳水灰比，外加劑最佳摻量及各參數(shù)之間的關(guān)系，研究了受壓過程中多孔混凝土的裂縫擴展與破壞形態(tài)。
　　(2)多孔生態(tài)混凝

4、土數(shù)字圖像處理與三維有限元模型建立分析。采用數(shù)字圖像處理技術(shù)與MATLAB程序，將多孔生態(tài)混凝土切面二維圖像轉(zhuǎn)化為三維空間數(shù)據(jù)體，利用有限元軟件建立了基于真實細觀結(jié)構(gòu)的多孔混凝土三維數(shù)值模型，對多孔混凝土在荷載作用下的應(yīng)力分布情況以及裂紋發(fā)展、貫通過程進行分析。
　　(3)基于二維隨機骨料接觸投放算法的幾何模型建立。基于蒙特卡羅法，利用MATLAB語言，通過對骨料之間最小距離求解，編寫基于旋轉(zhuǎn)、平移等基本操作的接觸算法，生成多孔生