论文题目: 粗集料对混凝土强度影响的试验研究与数值模拟
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 杨再富
导师: 钱觉时
关键词: 粗集料,基体,协调性,强度,数值模拟,细观结构
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 粗集料是混凝土的重要组成部分，可占混凝土体积的一半以上，但相当长时期以来，人们对混凝土组分的研究，一直将重点放在水泥的水化、混凝土外加剂和矿物掺合料方面，以期望更大程度地提高混凝土强度，而对于集料在混凝土中所起的作用，特别是从定量或半定量的角度，并没有系统的研究结果。作为混凝土两种主要构成材料的胶凝材料和集料，在胶凝材料的作用已发挥得比较充分的时候，集料的作用显得越来越重要。从两相复合材料角度分析，混凝土是一种非常特殊的两相复合材料，表现在粗集料和砂浆基体两相之间的性能存在差异，且这种差异随着龄期的变化而发生非常大的变化。基体的强度和弹性模量从零开始增加，到一定龄期后接近集料分散相，对于轻集料混凝土，基体的强度和刚度在一定龄期还将超过集料分散相。对于高强混凝土，特别是超高强混凝土这种变化将远比普通混凝土明显。尤其是这种差异随时间的变化对混凝土性能，特别是对混凝土的早期强度发展影响是比较大的。因此，研究两相之间强度和弹性模量的协调性及两相之间强度和弹性模量差异随时间变化对混凝土强度可能产生的影响具有非常重要的理论价值。从已有的报道看，国内外有关这方面的系统研究结果很少。 本文在教育部博士点基金项目《粗集料对混凝土强度影响的数值模拟》(20020611022)的资助下，首先研究了粗集料形貌、粒径、级配和用量对混凝土强度的影响，根据研究结果，考虑到粗集料的特性是多方面的，粗集料对混凝土的影响也是多方面的，因此选取碎石(卵石)、钢、砂浆、页岩陶粒、加气混凝土等五种强度和弹性模量差异较大的粗集料，在试验设计时尽可能保持其他因素相同，特别选择高强、中强和低强三种强度和弹性模量差异较大的砂浆基体，突出主要因素，试验研究集料-基体力学协调性对混凝土强度的影响。由于混凝土材料试验结果通常离散性较大，而且难以固定某一试验条件，变化因素之间难免形成交互影响，所以本文还运用数值模拟的手段，采用蒙特卡洛方法来实现混凝土材料的细观结构模拟，为了适应有限元分析和数值模拟的需要，本文还研究了Delaunay三角网格自动剖分方法，以就集料-基体力学协调性对混凝土强度的影响进行数值模拟。取得了如下创新性成果： 1)通过系统试验研究发现，粗集料与基体协调性对混凝土强度和强度发展具有重要影响，粗集料要在混凝土中起到增强作用，应在有约束的条件下，而且粗集料的强度和弹性模量应高于基体，但当粗集料弹性模量超过基体一定值后，不仅不能提高混凝土强度，而且抗折强度还显著降低。粗集料强度低于基体时，单
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 粗集料在混凝土中的作用
1.1.1 粗集料作为刚性骨架对混凝土强度的影响
1.1.2 粗集料对混凝土裂缝的引发和阻挡作用
1.1.3 粗集料与水化产物之间的作用
1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.2.1 粗集料对混凝土强度影响的研究现状
1.2.2 粗集料对混凝土强度影响数值模拟的研究现状
1.2.3 存在的问题
1.3 论文研究的目的及意义
1.4 论文研究的内容
2 粗集料物理性能对混凝土强度影响的试验研究
2.1 粗集料形貌对混凝土抗压强度的影响
2.2 粗集料最大粒径对混凝土抗压强度的影响
2.3 粗集料级配对混凝土抗压强度的影响
2.4 粗集料用量对混凝土抗压强度的影响
2.5 本章小结
3 粗集料-基体力学协调性试验方案设计
3.1 试验方案设计思路
3.2 原材料性能
3.2.1 粗集料
3.2.2 其它材料
3.3 试验方法
3.3.1 粗集料性能试验方法
3.3.2 混凝土试验方法
4 粗集料-基体协调性对混凝土强度影响的试验研究
4.1 粗集料对混凝土抗压强度的影响
4.1.1 相同基体下不同粗集料对混凝土抗压强度的影响
4.1.2 相同粗集料对不同基体混凝土抗压强度的影响
4.2 粗集料对混凝土抗折强度的影响
4.2.1 相同基体下粗集料对混凝土抗折强度的影响
4.2.2 不同基体下粗集料对混凝土抗折强度的影响
4.3 粗集料对混凝土劈裂抗拉强度的影响
4.3.1 相同基体下粗集料对混凝土劈裂抗拉强度的影响
4.3.2 不同基体下粗集料对混凝土劈裂抗拉强度的影响
4.4 约束条件下集料-基体协调性研究
4.5 消减约束条件下集料-基体协调性研究
4.5.1 粗集料对高强混凝土消减约束强度的影响
4.5.2 粗集料对中强混凝土消减约束强度的影响
4.5.3 粗集料对低强混凝土消减约束强度的影响
4.5.4 粗集料对消减约束抗压强度与约束抗压强度之比的影响
4.6 本章小结
5 混凝土细观结构的数值模拟
5.1 混凝土细观结构特征
5.2 混凝土细观结构数值模拟的基本原理
5.2.1 蒙特-卡洛方法及其基本思想
5.2.2 混凝土粗集料模型生成方法
5.3 混凝土细观结构数值模型的网格自动剖分
5.3.1 Delaunay三角网格剖分的基本思想
5.3.2 Delaunay三角网建立的主要方法
5.3.3 Delaunay三角剖分的改进算法
5.3.4 混凝土细观的D-三角网剖分编程技巧
5.3.5 混凝土细观结构数值模型的可视化
5.4 本章小结
6 粗集料-基体协调性对混凝土强度影响的数值模拟
6.1 有关理论介绍
6.1.1 有限元法概述
6.1.2 混凝土的应力-应变关系
6.1.3 混凝土的破坏准则
6.2 基本假定
6.2.1 材料的应力应变曲线
6.2.2 单元的破坏准则
6.2.3 单元破坏后的处理
6.3 数值模拟的程序设计与计算参数确定
6.3.1 程序设计
6.3.2 计算参数的确定
6.4 粗集料对混凝土强度影响的数值模拟
6.4.1 数值模拟结果与试验结果的对比
6.4.2 集料与基体协调性对混凝土抗压强度影响的数值模拟
6.4.3 随龄期发展集料基体协调性对混凝土抗压强度影响的数值模拟
6.5 本章小结
7 结论
致谢
参考文献
附录：
A 本文Fortran程序改编为DLL的总体结构
B 本文在Visual C#中调用DLL的语句
C 作者在攻博期间发表的论文及参加的科研项目
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2006-12-05
参考文献
- [1].早期扰动对混凝土性能的影响及机理分析[D]. 潘慧敏.燕山大学2017
- [2].掺粉煤灰、矿渣混凝土的性能及配制方法研究[D]. 周万良.武汉大学2013
- [3].基于模糊系统方法的混凝土强度评定模型研究[D]. 徐菁.中国海洋大学2006
- [4].冶金腐蚀环境下混凝土的劣化机理和修补材料开发研究[D]. 孟涛.浙江大学2006
- [5].西部地区严酷环境下混凝土的耐久性与寿命预测[D]. 金祖权.东南大学2006
- [6].粉煤灰作用效应及其在蒸养混凝土中的应用研究[D]. 刘宝举.中南大学2007
- [7].混凝土静动态粘弹性性能的理论及试验研究[D]. 苏力.北京交通大学2017
- [8].混合路径加载下混凝土真三轴试验研究及数值模拟[D]. 李静.北京交通大学2017