基于格构模型的水泥石氯离子扩散研究

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1、硕士学位论文基于格构模型的水泥石氯离子扩散研究LATTICEMODELLINGOFCHLORIDEDIFFUSIVITYOFCEMENTPASTE张洪智哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TB381学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文基于格构模型的水泥石氯离子扩散研究硕士研究生：张洪智导师：关新春教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB381U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinE

2、ngineeringLATTICEMODELLINGOFCHLORIDEDIFFUSIVITYOFCEMENTPASTECandidate：HongzhiZhangSupervisor：Prof.XinchunGuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ArchitectureandCivilEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：Harbin

3、InstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要氯离子输运性能是混凝土耐久性研究领域关注的焦点问题。混凝土的微观结构对其氯离子的输运性能具有显著影响。研究微观结构的氯离子扩散性能，特别是受荷作用下的氯离子输运性质具有重要的理论意义和实用价值。本文结合水泥石数值模型和三维随机格构有限元模型对该课题进行了深入探讨，主要研究内容及成果如下：1）在微观尺度构建了含有未水化熟料、内部水化产物、外部水化产物和毛细孔的非均质水泥石格构模型，基于稀疏矩阵和分块矩阵的存储方式及预处理共轭梯度法在MATLAB中实现了超大型格构体系的有限元分析。2）通过扩散池实验数据

4、，研究了扩散模型中随机程度与毛细孔氯离子扩散系数之间的关系，结果表明高随机度对应于高毛细孔扩散系数。3）基于随机格构扩散模型分析了由表面吸附效应引起的毛细孔溶液扩散系数降低的现象，分析了水化天数和水泥细度对于水泥石氯离子扩散性能的影响，定量研究了水泥石扩散系数与其毛细孔隙率的相关程度。4）简化了格构断裂模型的分析步骤，通过该模型模拟了轴向受拉时水泥石内部微裂缝的空间分布，发现相比于高水灰比的水泥石，低水灰比的水泥石裂缝分布相对集中，更易贯通。5）构建了考虑水泥石断裂的扩散性能研究体系，利用断裂模型创建不同损伤程度的水泥石模型，通过随机格构扩散模型分析了其氯离子扩散性能，模拟

5、结果显示荷载及裂缝密度对于传输性能的影响均存在阈值效应。关键词：耐久性；水泥；微观结构；格构模型；断裂；氯离子扩散-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractChloridediffusioninconcreteisakeyproblemfordurabilitydesign.Sincethemicro-structureofconcretehasagreatinfluenceonthechloridediffusivity,itisquiteimportantintheoryandpracticetostudytherelationshipbetweenmicro

6、-structureanditschloridediffusivity,especiallyunderload.Thisarticlecarriedafurtherdiscussionofthissubjectandthemainresearchcontentincludesthefollowingseveralaspects:A3DirregularlatticeanalysisplatformisgeneratedbasedonMATLAB.Combinedwithacementpastehydrationnumericalmodel,thisplatformcanis

7、appliedtobuildaheterogenousfiniteelementmodel.Byintroducingsomeadvancednumericaltechnique,suchassparsematrix,partitionedmatrixandpre-conditionedconjugate-gradientapproach,asuper-largefiniteelementanalysisisachieved.Theexperimentdataobtainedfromrelevantliteratu