基于全場變形分析的水泥基材料自收縮研究.pdf

1、低水膠比、大摻量礦物摻合料作為高性能水泥基材料的重要特征，會導(dǎo)致自收縮相較于普通水泥基材料大大加劇，而水泥基材料作為一種多相多尺度的非均勻材料，導(dǎo)致自收縮變形也具有非均勻性特點(diǎn)，變形的這種非均勻性會直接導(dǎo)致水泥基材料局部應(yīng)力集中，加速材料的破壞過程。為了研究水泥基材料自收縮變形的非均勻性，本文利用數(shù)字體積相關(guān)法(DVC)對自收縮進(jìn)行全場變形分析。
　　首先，利用DVC獲得了硬化水泥漿體自收縮的全場變形。在一定實(shí)驗(yàn)和計(jì)算條件下，位移

2、場的精度約為0.4微米，應(yīng)變場的精度為70個(gè)微應(yīng)變左右，足夠用于自收縮的測量。將DVC計(jì)算得到的收縮值與波紋管法測得的宏觀收縮值進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)波紋管法測量結(jié)果偏小，這可能是因?yàn)椴y管法測量過程中存在摩擦阻力、波紋管本身具有彈性模量限制收縮以及樣品尺寸之間的巨大差異等原因造成的。在此前提下，對自收縮的變形場進(jìn)行了深入分析。在空間域中，發(fā)現(xiàn)位移場展示出了非均勻性特點(diǎn)，且近似呈線性分布，而對于應(yīng)變場，不同的應(yīng)變窗口下所展示的規(guī)律大不相同。當(dāng)

3、應(yīng)變窗口約為720微米時(shí)，切應(yīng)變在數(shù)值上相對于主應(yīng)變近似可以忽略，而應(yīng)變場近似呈均勻分布，所反映出來的這種變形信息更接近于宏觀變形信息，但是在頻率域中，應(yīng)變場展現(xiàn)出了非均勻性;當(dāng)應(yīng)變窗口為320微米時(shí)，應(yīng)變場呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均勻性特點(diǎn);當(dāng)應(yīng)變窗口為160微米時(shí)，非均勻性程度進(jìn)一步加強(qiáng)。此外，還發(fā)現(xiàn)隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，變形場的非均勻性程度不斷減弱。
　　其次，為了分析自收縮變形非均勻性的來源，分別將子體塊/應(yīng)變窗口內(nèi)（應(yīng)變窗口尺寸控制

4、在代表性體積單元尺寸以下）的未水化水泥顆粒的體積含量與位移/應(yīng)變進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。發(fā)現(xiàn)隨著未水化水泥顆粒體積含量的增加，位移和應(yīng)變的分布范圍不斷縮小，且趨向于0。這說明未水化水泥顆粒作為變形的非均勻性來源之一，限制著水泥基材料的自收縮變形。
　　最后，為了解決傳統(tǒng)DVC碰到邊界時(shí)計(jì)算錯誤的問題，提出了一種基于圖像分割的邊界問題自動處理方法。利用泡沫鋁的寫入變形進(jìn)行驗(yàn)證，證明本方法具有很強(qiáng)的復(fù)雜邊界的處理能力。
　　相對于自收縮的