輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土脆性機(jī)理與改性研究.pdf

1、混凝土材料是人類最大宗的人造建筑材料,其固有缺點(diǎn)是自重大與脆性突出,改善混凝土的脆性、實(shí)現(xiàn)混凝土的輕質(zhì)高強(qiáng)化是提高混凝土材料使用效能,減輕結(jié)構(gòu)自重,節(jié)約建筑材料資源與能源的最有效技術(shù)途徑之一,也是混凝土材料科學(xué)基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo)。
　　 論文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高強(qiáng)輕集料混凝土的脆性特征及其增韌技術(shù)(編號(hào):50272045)”,運(yùn)用細(xì)觀力學(xué)原理與分析方法,對(duì)輕集料混凝土的斷裂力學(xué)行為進(jìn)行了數(shù)值模擬分析與試

2、驗(yàn)驗(yàn)證,探明了輕集料混凝土中的脆性機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,提出輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土韌化設(shè)計(jì)方法,系統(tǒng)研究了高韌性輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的配比優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,掌握了高韌性輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的配比關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及其系統(tǒng)增韌技術(shù),并將研究成果成功應(yīng)用于實(shí)際工程。
　　 論文開(kāi)展的主要工作和取得的重要成果有:
　　 依據(jù)輕集料混凝土組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用蒙特卡羅方法研究提出了輕集料混凝土隨機(jī)集料分布物理模型,結(jié)合輕集料的幾何形態(tài)和級(jí)配分析計(jì)算,構(gòu)建出可供有限

3、元計(jì)算與分析的輕集料混凝土數(shù)值模型,確定了混凝土細(xì)觀單元體尺度與斷裂性質(zhì)的關(guān)系以及有限元單元體網(wǎng)格劃分方法,分析設(shè)定了各種應(yīng)力作用條件下的材料破壞準(zhǔn)則,探討了輕集料-水泥石界面層性能對(duì)混凝土斷裂力學(xué)行為的影響,提出了輕集料混凝土斷裂行為的細(xì)觀非線性有限元分析方法,構(gòu)建出輕集料混凝土斷裂行為數(shù)值模擬分析模型。
　　 利用細(xì)觀非線性有限元模型實(shí)現(xiàn)了輕集料混凝土的準(zhǔn)靜態(tài)斷裂過(guò)程數(shù)值模擬,分別對(duì)單軸拉伸、單軸壓縮、三點(diǎn)彎曲應(yīng)力作用下輕集

4、料混凝土的斷裂行為進(jìn)行了細(xì)觀力學(xué)分析,得到了不同應(yīng)力作用下輕集料混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,獲得了不同加載時(shí)刻輕集料混凝土內(nèi)部應(yīng)力分布狀態(tài),探明了輕集料混凝土中裂縫產(chǎn)生、擴(kuò)展規(guī)律,并實(shí)時(shí)原位觀測(cè)了輕集料混凝土從加載開(kāi)始到最終破壞全過(guò)程的裂紋擴(kuò)展和變形狀態(tài),探明了輕集料混凝土的脆性斷裂破壞機(jī)理。
　　 基于輕集料混凝土脆性斷裂行為的細(xì)觀力學(xué)分析結(jié)果,提出了輕集料混凝土裂縫擴(kuò)展路徑曲化、界面韌化的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土增韌設(shè)計(jì)原理、方法,提出了

5、利用高強(qiáng)高韌性顆粒物質(zhì)取代輕集料制備高韌性輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的技術(shù)方法,系統(tǒng)研究了普通集料取代率、普通集料級(jí)配設(shè)計(jì)對(duì)混凝土力學(xué)性能、密度與韌性指數(shù)的影響,確定了最佳的材料制備參數(shù),實(shí)驗(yàn)表明在普通集料取代輕集料30％以上的情況下,輕質(zhì)混凝土的延性指數(shù)可提高40％以上,大大改善了輕質(zhì)高強(qiáng)和混凝土的脆性。開(kāi)發(fā)了輕集料聚合物浸漬與界面增韌劑復(fù)合增韌輕集料-水泥石界面改性技術(shù),顯著改善了輕集料混凝土的脆性。
　　 探討了水膠比、輕集料的體積率