現(xiàn)代水泥基材料的微結構形成過程三維重構及其傳輸性能研究.pdf

1、隨著我國經濟的迅猛發(fā)展，基礎工程建設規(guī)模空前，以使用礦物摻合料和高效減水劑為代表的現(xiàn)代混凝土得到廣泛應用，既降低了環(huán)境污染，節(jié)約了能源和資源，又大幅度地提高了砼的工作性能和物理力學性能。然而，大量基礎工程處于海洋、港口、鹽湖以及北方低溫等嚴酷自然環(huán)境中，混凝土在服役過程中過早地出現(xiàn)損傷劣化，耐久性問題日益突顯，對人民生命財產安全造成了嚴重的威脅。
　　 本文基于傳輸理論及多尺度方法系統(tǒng)分析了侵蝕性介質在混凝土的孔、界面和裂紋等通

2、道中侵入過程，探討了傳輸通道的形成以及介質傳輸速度與混凝土微觀結構之間的關系，取得的成果如下:
　　 采用CEMHYD3D水化模型基于真實膠凝材料粒徑分布、礦物組成等信息，模擬膠凝材料水化過程，獲取水化產物、水化過程各種理化參數，以及不同水化程度下微結構信息，探索現(xiàn)代混凝土材料微結構形成機理。自行開發(fā)了適用于CEMHYD3D——模型的BSE-EDS圖片數字化處理程序，定量分析了不同水灰比(0.23、0.35、0.53)、礦物摻合

3、料種類（粉煤灰和礦渣）與摻量(30％、50％、70％)等關鍵因素對現(xiàn)代水泥基復合材料早期水化機理與3D微結構形成過程的影響規(guī)律。通過與大量試驗數據對比發(fā)現(xiàn)該模型預測精度高。該水化模型為研究現(xiàn)代水泥基復合材料早期凝結硬化過程、微結構形成機理奠定了科學基礎。
　　 基于混凝土微結構特征和氯離子傳輸特點，將混凝土劃分為三個尺度:(1)納米尺度，考慮高密與低密兩種C-S-H凝膠;(2)微米尺度，考慮水化產物、未水化水泥顆粒與毛細孔;(3

4、)毫米尺度，考慮水泥基體、界面過渡區(qū)和集料。在不同尺度下，利用計算機技術重構了C-S-H、水泥凈漿和砼的3D微結構，并計算出對應的氯離子擴散系數，最后采用多尺度過度理論建立了從納觀→微觀→宏觀的現(xiàn)代混凝土氯離子傳輸模型。另外，本文還改進了硬芯軟殼模型(HCSS)，并以該模型模擬了帶裂縫砼的3D微結構，分析了裂紋體積分數、長度和深度等參數對砼傳輸性能的影響。上述模型為預測嚴酷環(huán)境下混凝土的服役壽命預測提供了理論指導。
　　 為了驗