初始缺陷对混凝土渗透性能影响研究

发布时间：2020-04-24 13:03

【摘要】：混凝土渗透率是混凝土耐久性设计与评价的重要指标之一,因此,对混凝土渗透率进行研究显得十分必要。在细观尺度下,混凝土是一种多相非均质复合材料,且由于浇筑工艺等因素内部存在一定量的初始缺陷。为探究初始缺陷对混凝土渗透性能的影响规律,首先按照初始缺陷形态将其划分为孔洞缺陷和裂隙缺陷,基于细观夹杂理论建立了砂浆二相细观渗透模型,并对砂浆的渗透率做出了理论预测,在此基础上分别考虑孔洞率与裂隙密度对砂浆渗透率的影响。基于随机骨料模型建立二维三相混凝土细观几何有限元数值模型,对混凝土几何模型进行细观渗流模拟,并分别讨论了混凝土细观结构参数对渗透率的影响。论文主要工作及结论有:(1)建立砂浆二相细观渗透率预测模型。将砂浆视作由零缺陷基体与初始缺陷复合而成的二相非均质材料,缺陷按照其形态可划分为孔洞缺陷与裂隙缺陷,分别将孔洞缺陷、裂隙缺陷及组合缺陷与零缺陷基体等效成为等效砂浆,建立不同缺陷下二相细观等效砂浆渗透率预测模型。将模型预测结果与数值结果进行对比,验证了理论模型的有效性。基于模型探讨了孔洞率、裂隙密度对砂浆渗透率的影响规律。(2)基于随机骨料模型,生成骨料含量分别为20%、30%和40%的三相混凝土细观几何模型,将生成模型与规范进行对比,结果表明,模型的骨料含量和不同粒径范围内骨料个数均在规范要求范围内,证实了论文中采用的随机骨料模型生成程序的可靠性。建立不同骨料含量下二维圆形随机骨料模型,导入有限元数值模拟软件进行细观渗流模拟,将模拟结果与细观理论进行对比,验证了模拟方法的有效性。(3)基于正交试验,探讨了骨料含量、形状和级配,界面过渡区厚度及渗透率、孔洞缺陷及裂隙缺陷含量等细观结构参数对渗透率的影响规律。研究表明,骨料含量对混凝土渗透率影响最显著,骨料形状影响不显著;混凝土渗透率与骨料含量、界面过渡区厚度及渗透率等细观参数呈现负相关的关系,与缺陷含量呈现正相关的关系。
【图文】：

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混凝土的力学及水力学性能，根据研究尺度的不同可划分成微观、细观和（Wittmannet al. 1985），如图 1-1（张国辉 2017）所示。宏观层次下（10-1指混凝土试件或结构，其特征尺寸为厘米以上，此时混凝土材料被视为由大骨料粒径的结构单元组成，，宏观层次下通常将混凝土视为均质单一材难以描述细观非均匀性引起的混凝土材料内部不均匀渗流情况。细观层10-1m）一般将混凝土视为由粗骨料、水泥砂浆、界面过渡区及初始缺陷（孔组成的多相复合材料（Kim2011；Unger 2011）。微观层次下（10-8 10-4m）是以硬化水泥浆体为主，组分大致分为水化硅酸钙、氢氧化钙、毛细孔依靠扫描电镜观察混凝土中水化产物及其微观结构。目前关于混凝土结究停留在宏观层次（Sabine2008；Cheeet al2002），细观层次以及更小的报道。而混凝土的很多宏观性质是由微细观构造决定的，骨料、砂浆以及三种主要组成材料的成分、性质、配比以及粘结作用均对混凝土的渗透影响，致使混凝土比其它单一材料具有更为复杂的渗透性能。因此，需要角度来把握混凝土材料的物理及力学性质（金浏 2014）。

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顾名思义，中文含义作小窟窿、小洞讲。按孔，前者包括孔洞缺陷纵横比 R≈1 的圆形孔，规则的圆形孔作为研究对象。裂隙（crack）一，它经常与断裂、渗流联系在一起（林鹏 200观测有很多方法，如 X 射线、光学观测等，基也有所差别（Ringo and Bascoul 2001）。方面，最为基础和重要的渗流理论是 Darcy 于研究得到的达西定律，此定律为渗流理论的后hompso（n1986）提出了沉积岩渗透率与临界孔于压汞试验，得到了修正的 K-T 方程，并将该lachlanet al.（1986）提出了广义有效介质（GEM考虑了微观孔的相互作用及形态特征，提出了天（2005）基于渗透性与孔隙之间的关系研究呈现线性的正比增加趋势。针对裂隙缺陷对混
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV431

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