水泥基材料早期微納米力學(xué)性能分析.pdf

1、水泥基材料早齡期的宏觀物理力學(xué)性能取決于其微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的成分及結(jié)構(gòu)特征,從微細(xì)觀角度探討它們之間的定量關(guān)系是近年來國內(nèi)外的研究熱點之一,也是水泥基材料性能優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)。由于其微觀結(jié)構(gòu)演化過程需要通過水化過程來實現(xiàn),因而需要探析水泥水化的微觀機(jī)理,從而來分析水泥基材料早齡期的力學(xué)性能。
　　 本文從微觀角度建立了水泥水化過程的三維模型,并根據(jù)最小理論水灰比推導(dǎo)出了水化程度α與水化半徑R之間的關(guān)系式。若給定水泥的密度、各成分含量,可

2、以計算不同水灰比時水化程度α與水化半徑R的關(guān)系。根據(jù)該三維微觀模型,從動態(tài)角度分析了水化半徑R與時間T的關(guān)系。提出了基于微觀球模型的水化動力學(xué)方程。該動力學(xué)方程對水泥水化反應(yīng)的基本過程進(jìn)行了表征,觀察各過程的相互關(guān)系,可對水泥基材料的水化機(jī)理進(jìn)行解釋。結(jié)果表明,在水化初期,化學(xué)反應(yīng)速率對水化反應(yīng)起主導(dǎo)作用；隨著水化程度提高,水化反應(yīng)轉(zhuǎn)由擴(kuò)散速率控制。
　　 根據(jù)水泥水化過程中的組分變化,采用復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)理論分別建立了水泥漿體

3、、水泥砂漿和混凝土的細(xì)觀力學(xué)模型,并分析了不同水灰比、骨料體積分?jǐn)?shù)情況下水泥基材料的彈性力學(xué)性能隨水化程度的演化關(guān)系。水泥基材料的彈性模量隨水化程度的發(fā)展而增大,而泊松比則減小。結(jié)合水化程度α與時間T的關(guān)系,本文給出了可用于預(yù)測水泥基材料的彈性力學(xué)性質(zhì)隨齡期的演化關(guān)系。
　　 基于Ulm和Coussy提出的多相水化動力學(xué)模型,在考慮水泥的化學(xué)組成、養(yǎng)護(hù)溫度、水灰比、最終水化程度及水泥細(xì)度等因素情況下,從理論上建立了水化動力學(xué)方程

4、,可用于預(yù)測水化速率隨水化程度的變化。結(jié)果表明:水灰比會加速相邊界反應(yīng),而對早期的結(jié)晶成核與晶體生長卻沒有明顯影響；溫度的升高能夠加速水化進(jìn)程,卻不能改變最終水化程度。借助水化速率與水化程度的關(guān)系,提出了水泥基材料早齡期的化學(xué)收縮預(yù)測模型,可用于預(yù)測硅酸鹽水泥早齡期化學(xué)收縮變化趨勢。
　　 運用了毛細(xì)管張力、表面自由能及彈性力學(xué)理論,分別從二維飽和孔隙水狀態(tài)、不飽和孔隙水狀態(tài)及三維飽和孔隙水狀態(tài)建立了C-S-H凝膠體的干燥收縮模