混凝土微观力学性能表征及冻融循环影响

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1、上海交通大学硕士学位论文混凝土微观力学性能表征及冻融循环影响硕士研究生：陈仁宏学号：1120109001导师：乔丕忠申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterMICRO-MECHANICALPROPERTYCHARACTERIZATIONOFCONCRETEANDFREEZING/THAWINGEFFECTSCandidate：ChenRenhongStude

2、ntID:1120109001Supervisor：QiaoPizhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：SolidMechanicsSchoolofNavalArchitecture,OceanAffiliation：&CivilEngineeringDateofDefense：January,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文混凝土微观力学性能表征及冻融循环影响摘要由于全球气候恶

3、化，各种工程结构在极端天气下的耐久性逐渐成为关注的焦点，其中大部分大型工程结构是由混凝土构成的，因此研究混凝土的耐久性，特别是冻融循环下的耐久性就具有重要的现实意义。混凝土作为一种多相复合材料，其微观力学性能决定了宏观的耐久性。本文从实验力学的角度对混凝土的微观力学性能进行研究，具有重要的现实和科学指导意义。首先，本文利用先进的表征手段——纳米压痕表征了混凝土材料各组分的微观力学性能，主要包括压痕模量、硬度和蠕变率三个物理参量。由于混凝土的复杂性，研究采用了统计学的方法来分析、处理试验数据。研究结果发现，混凝土浆体和骨料在压痕模量和硬度方面差别很大，这种差别为定量确

4、定界面过渡区提供了依据。压痕模量和硬度的相关系数为0.75，并且都不满足正态分布，因此，在研究冻融循环影响时，需要采用非参数统计方法，并且着重研究一个物理参量随冻融变化情况就可以了。接触蠕变的研究揭示了混凝土的蠕变行为主要来自于浆体。混凝土基本微观力学性能的研究为研究冻融循环奠定了基础。用扫描电镜和纳米压痕对不同冻融循环的混凝土样品进行研究时，采用了概率核密度估计的方法。结果显示，混凝土受冻融循环影响下的力学行为也具有多尺度性。500nm尺度下，浆体继续水化导致高密度水凝胶进一步形成；10um尺度下，微裂纹进一步扩展导致宏观断裂能量降低。从混凝土的多尺度力学行为研究

5、可以得出如下结论，多尺度材料的力学行为具有多尺度性，需要从不同的尺度来进行研究。本研究利用纳米压痕深入探究了混凝土的微观性能以及冻融循环导致的材料性能的变化。I上海交通大学硕士学位论文关键词：纳米压痕，扫描电镜，微观力学性能，界面过渡区，冻融循环II上海交通大学硕士学位论文MICRO-MECHANICALPROPERTYCHARACTERIZATIONOFCONCRETEANDFREEZING/THAWINGEFFECTSABSTRACTExtremeclimatebringsthestructuraldurabilityofconcretetothespotlig

6、ht,andresearchintothedurabilityofconcrete,especiallyunderfreezing/thawing(F/T)cycleswillhavegreatimpactonengineeringaspects.Themacromechanicalpropertiesofconcretewhichisamultiscaleandmultiphasematerialdependonthemicroscalestructureandconstituentproperties.Thisstudyutilizesthenanoindent

7、ationtechniquetocharacterizethemicromechanicalpropertiesofconcreteincludingtheindentationmodulus,hardnessandcreepratio.Statisticalanalysisisusedtoanalyzetheexperimentaldata,anditfindsthatthedifferencebetweentheaggregateandcementpasteisquitelarge,providingthebasisfordeterminingtheinte