水泥基材料凍融循環(huán)破壞理論與試驗研究.pdf

1、寒冷地區(qū)，高濕環(huán)境下服役的水泥基材料的耐久性飽受凍融破壞的影響，其性能和壽命關(guān)系著安全與經(jīng)濟利益。作為一個國際性研究焦點，目前的研究關(guān)于宏觀性能與微觀結(jié)構(gòu)演化的連接的問題，研究不夠透徹;對于水泥基材料的無損檢測，缺乏定量分析描述的方法;預(yù)測凍融循環(huán)后的內(nèi)部損傷，亦是水泥基材料耐久性研究的主要目的。本文通過理論模型、微宏觀試驗和圖像處理的方法，以期對水泥基材料凍融循環(huán)微觀結(jié)構(gòu)定量分析，以及微觀和宏觀性能連接問題進行研究。
　　首先通

2、過Hashin-Strikman復(fù)合材料理論，計算低溫受凍條件對飽水水泥基材料的體積模量、剪切模量和楊氏模量;利用Schapery的能量理論，計算飽水試樣熱膨脹系數(shù)的變化?；诮Y(jié)晶壓和靜水壓理論，借助有效應(yīng)力模型，實現(xiàn)微觀孔內(nèi)部壓力與材料整體受力的連接。此外，還考察了靜水壓對孔隙水冰點和結(jié)晶所需過冷度的影響。對于靜水壓和結(jié)晶壓綜合作用的凍融破壞，采用浸在航空煤油中慢速凍融，利用光纖光柵實時監(jiān)測飽飽和氫氧化鈣溶液的水泥凈漿的變形，對比有效

3、應(yīng)力模型，結(jié)果表明，理論模型結(jié)果與試驗結(jié)果基本趨勢一致，但結(jié)果仍有所差異。
　　其次，本文提供了一種定量分析水泥基材料凍融損傷的方法。利用X-ray斷層掃描技術(shù)，對飽水水泥凈漿材料在凍融循環(huán)下的破壞進行了動態(tài)監(jiān)測。定性描述了凍融循環(huán)前后孔和裂紋的空間分布。利用開源圖像分析軟件ImageJ定量分析了孔和裂紋的演化過程，包含孔隙率、孔徑分布以及孔的比表面積的變化。定量表征的結(jié)果表明，凍融循環(huán)后，水泥凈漿劣化愈發(fā)嚴重。凍融循環(huán)后，對水泥

4、凈漿中孔和裂紋的連通度進行的統(tǒng)計，并借助隨機行走算法，對連通孔隙的曲折度進行的分析。利用沿斷層方向單張CT圖像平均灰度值的變化確定凍融循環(huán)后試樣中開裂最嚴重的區(qū)域，并利用原位配準(zhǔn)單張圖像孔隙率變化驗證了該方法的可靠性。
　　最后，通過有效應(yīng)力模型，計算凍融循環(huán)開裂儲存在水泥凈漿中的能量。利用三液法測試計算水泥凈漿真空表面能，忽略能量熱損耗和其他形式的損失，得到水泥凈漿的開裂能。借助能量守恒理論，計算得到水泥凈漿的裂紋面積，建立開裂