基于多相夾雜理論的水泥混凝土熱膨脹系數(shù)研究.pdf

1、水泥混凝土作為一種重要的建筑工程結(jié)構(gòu)材料，在建筑、橋梁、水利等方面應(yīng)用廣泛。目前水泥混凝土路面在我國公路建設(shè)中應(yīng)用也很普遍，但是由溫度應(yīng)力引起的水泥混凝土路面開裂問題嚴(yán)重，制約了水泥路面的應(yīng)用和發(fā)展。熱膨脹系數(shù)是影響溫度應(yīng)力的重要熱物性參數(shù)之一，對其研究有助于減小水泥混凝土路面板內(nèi)溫度應(yīng)力、減少水泥混凝土路面板溫度裂縫、提高水泥混凝土路面使用壽命。因此探索一種經(jīng)濟(jì)適用、準(zhǔn)確度高的熱膨脹系數(shù)預(yù)測方法具有重大的理論和實(shí)際意義。
　　本

2、文將水泥混凝土視為多相夾雜復(fù)合材料，建立細(xì)觀尺度下水泥混凝土模型，基于細(xì)觀力學(xué)基本理論，推導(dǎo)出水泥混凝土材料宏觀上熱膨脹系數(shù)顯示表達(dá)式，并且通過試驗(yàn)驗(yàn)證模型及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，最后在理論模型的基礎(chǔ)上探究影響水泥混凝土熱膨脹系數(shù)的主要因素。本文主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　首先對比分析不同種細(xì)觀力學(xué)模型優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，選擇考慮夾雜之間相互作用的廣義自洽模型，區(qū)別于常見的圓形骨料假設(shè)，分別建立橢圓形和長方形骨料形狀假設(shè)下的水泥混凝土細(xì)

3、觀力學(xué)模型；根據(jù)細(xì)觀力學(xué)基本理論，推導(dǎo)出兩種骨料形狀假設(shè)下用混凝土細(xì)觀組分材料性質(zhì)表達(dá)的宏觀有效熱膨脹系數(shù)顯式表達(dá)式；為了方便計(jì)算，利用MATLAB軟件建立水泥混凝土熱膨脹系數(shù)計(jì)算的用戶操作界面。
　　其次實(shí)驗(yàn)室測定水泥混凝土熱膨脹系數(shù)。為了從多方面研究理論計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果的吻合程度，制作了不同水灰比、不同級配、不同骨料類型的混凝土試件。制定測試水泥混凝土熱膨脹系數(shù)的試驗(yàn)方案，試驗(yàn)裝置是改進(jìn)的低溫三軸試驗(yàn)裝置，利用溫度傳感器和位移

4、傳感器自動(dòng)采集不同溫度下水泥混凝土試件高度方向的變形量，將溫度數(shù)據(jù)和線膨脹率線性擬合得到混凝土的熱膨脹系數(shù)。
　　為了分析骨料形狀，通過拍照或者掃描的方式得到試驗(yàn)中所用骨料的平面圖像，利用圖像分析處理軟件，對骨料形狀進(jìn)行分析，得到每種骨料形狀數(shù)據(jù)。確定骨料形狀參數(shù)、力學(xué)參數(shù)以及熱物性參數(shù)的輸入，得到不同水泥混凝土熱膨脹系數(shù)的理論計(jì)算值，并將理論計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行對比，驗(yàn)證了在橢圓形和方形兩種骨料形狀假設(shè)模型下，都能較準(zhǔn)確的預(yù)測水泥