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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:在细观层次上,将混凝土看作由粗骨料、砂浆及二者界面过渡区组成的三相复合材料,提出了适用于热量传输分析的细观格构网络模型.假定仅有砂浆相在水化过程中释放热量,根据伽略金加权余数法和有限差分法,建立了混凝土各相组分的热传导控制方程及其离散形式.基于所建立的细观格构网络模型,并考虑混凝土在早龄期的“热-化学”耦合作用,开展了混凝土温度场分布的时变数值仿真研究,分析了骨料预冷和边界条件对早龄期混凝土内部温度场分布的影响.与已有试验结果对比表明,所建立的细观格构网络模型能够较准确地模拟混凝土绝热温升的变化规律....
[期刊论文] 王立成 常泽 鲍玖文
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:混凝土温度场分析是混凝土结构耐久性以及服役寿命预测的重要依据,而导热系数则是确定时变温度场分布的主要参数.考虑材料组成的非均质性,将混凝土视为由连续相水泥砂浆、分散相粗骨料以及二者薄弱界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,并基于复合材料导热系数模型,建立了混凝土及其组成单元(水泥砂浆和ITZ界面)导热系数的计算模型;在此基础上,对比分析了水灰比、粗骨料体积分数、砂率、饱和度和界面热阻等因素对混凝土导热系数的影响规律.结果表明:混凝土导热系数随饱和度、粗骨料体积分数的增加而增大,随水灰比的增大而减小;考虑界面热阻的混凝土导热系数预测模型,能够更好地揭示饱和度与砂率对混凝土导热系数的影响机理....
摘要:养护条件对混凝土的硬化过程和微观孔隙结构的形成具有重要影响,而混凝土的毛细吸水性能与材料自身的孔隙结构及分布密切相关。开展了养护条件(标准、自然、浸水和密封养护)对混凝土毛细吸水性能影响的试验研究。对从混凝土方形板试件取出的圆柱体进行了抗压强度试验,并对沿圆柱体高度方向上等厚度切割成的3个“圆饼”试件,分别进行了超声波速和孔隙率两种指标的测试。为了实现吸水观测的连续性,利用改进的混凝土吸水测重法试验装置,开展了不同养护条件下“圆饼”试件的毛细吸水试验。试验结果发现,养护条件对混凝土的抗压强度、超声波速和孔隙率具有较大影响,是决定养护过程中强度发展和内部孔隙结构及密实性的关键因素。标准养护下强度和超声波速最大,孔隙率最小;密封养护下强度和超声波速最小,孔隙率最大;自然和浸水养护试验结果接近,介于标准和密封养护两者之间。相同养护条件下,混凝土由上到下不同位置的累积吸水量、初始吸水率和孔隙率逐渐降低,超声波速则逐渐增大,说明混凝土由上到下不同位置的密实度逐渐增大。...
[期刊论文] 王立成 鲍玖文
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北大核心 CSTPCD CSCD CBST
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摘要:对于海洋浪溅区或潮汐区的混凝土结构,水分主要以气相和液相两种形式存在于混凝土内部孔隙结构中.基于混凝土毛细吸水的非饱和流体理论,建立了干湿交替下开裂混凝土中水分传输的一维非线性方程.考虑水分在干燥与湿润阶段传输的滞后性,分别建立了干燥和湿润两阶段单条裂缝处水分的传输速度模型.在细观层次上,将混凝土看作由粗骨料、砂浆、界面过渡区(ITZ)以及裂缝所构成的四相复合材料,利用含单条裂缝的二维格构网络模型,开展了干湿交替下开裂混凝土中水分传输的细观数值仿真分析.通过与已有文献中的试验数据对比,验证了所建立的干湿交替下开裂混凝土中水分传输模型的正确性.利用以上数值模型,进而分析了干湿循环机制(干湿循环时间比、循环次数)以及裂缝宽度对水分分布的影响规律.结果表明:对于给定裂缝宽度,干湿循环时间比和循环次数决定着裂缝处和垂直裂缝方向的水分含量分布;当裂缝宽度介于0.05~0.3 mm时,裂缝处和垂直裂缝方向的水分含量随着裂缝宽度的增大而减少....
[期刊论文] 鲍玖文 王立成 程宝娟
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST SA
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摘要:荷载与环境因素的耦合作用影响着混凝土内物质传输过程和混凝土结构的服役寿命.为实现短期持续加载和混凝土内水分传输的耦合作用,基于改进的混凝土吸水实时测量装置,对中空圆柱体混凝土试件持续受压加载32h的同时,按规定时间间隔记录水平观测管内水柱长度的变化,测得混凝土累积吸水量曲线,开展了短期持压荷载作用下低应力水平(0~50%)对混凝土毛细吸水性能影响分析,并根据试验结果建立了相对吸水率与体应变关系.基于扩展Darcy定律的非饱和流体理论(UFT model),采用指数和幂函数两种形式的水力扩散系数,开展了不同应力水平下混凝土中水分分布的预测分析.结果表明:短期持压荷载对混凝土的毛细吸水性能影响显著;在0~50%应力水平范围内,随着应力水平的提高,混凝土的累积吸水量和初始吸水速度先减小后增大,而后期吸水率和水分侵入深度单调增加;根据UFT模型计算的水分渗透深度预测值与实际观测值吻合较好....
[期刊论文] 王立成 鲍玖文 李淑红
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:混凝土内部微裂缝的产生或贯通,加快了水及侵蚀性介质侵入混凝土内部的速度,是引起混凝土性能劣化和结构耐久性不足的重要原因。开展了混凝土试件的轴心受拉、受压试验,采用持载、反复加载方式,对混凝土试块分别加载至极限荷载的70%、80%、90%后卸载。为了实现吸水过程的连续性,利用改进后的吸水装置开展损伤混凝土的累积吸水量测试试验。与未加载试件的吸水结果对比分析表明,荷载水平是影响混凝土毛细吸水速率的重要因素。对不同荷载水平的累积吸水曲线 i-t 1/2,采用线性拟合方法可得到混凝土的初始吸水率(S 1)和后期吸水率(S 2)。根据吸水率试验结果,结合非饱和毛细吸水理论模型,引入Bolzmann 变量,建立了损伤混凝土内相对含水量分布的预测分析方法,为开展混凝土内有害介质(如氯离子或者硫酸根离子等)的传输分析提供了工具。...
[期刊论文] 王立成 鲍玖文
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北大核心 CSTPCD CSCD EI
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摘要:将混凝土看作由粗骨料、硬化水泥砂浆及二者界面过渡区组成的三相复合材料,提出了适用于水分传输分析的混凝土细观格构网络模型.根据非饱和流体理论和基于平行板模型的单条裂缝水流立方定律,建立了开裂混凝土裂缝处水分传输系数的计算模型,并对开裂混凝土裂缝处相对含水量进行数值分析.与已有的试验结果对比表明,所建立的水分传输系数计算模型能够较准确地预测开裂混凝土裂缝处的相对含水量,从而能够较准确地模拟水分在开裂混凝土中的传输过程....
[期刊论文] 鲍玖文 王立成
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北大核心 CSTPCD CSCD CBST
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摘要:氯离子侵蚀已成为影响海洋及近海环境中混凝土结构耐久性的主要因素.考虑材料组成的非匀质特性,将混凝土看作由粗骨料、硬化水泥砂浆及二者界面过渡区组成的三相复合材料的细观层次方法,是开展物质传输过程研究的新途径.建立非饱和混凝土中氯离子传输的一维非线性对流扩散方程,并利用伽略金加权余数法给出了该方程的有限元形式,采用适用于物质传输的细观格构网络模型开展了水分及氯离子在非饱和混凝土中传输过程及分布规律研究,分析了干湿循环周期和循环机制对水分及氯离子传输性能的影响规律.数值计算结果表明,干湿交替下,相同的干燥时间,非饱和混凝土内水分及氯离子的侵入深度主要取决于湿润时间,而干燥时间和循环周期数则影响混凝土表层氯离子含量,并在混凝土表层10 mm处有浓度集中现象....
[专利] 实用新型 CN201620501700.3
大连理工大学 2016-12-07
摘要:本实用新型是为了解决现有测试系统难以实现对混凝土施加持续荷载和毛细吸水的耦合作用过程。本实用新型公开了一种持续荷载作用下混凝土毛细吸水测量装置。测量装置包括供水单元、水平观测单元、中空试件单元和钢板。测试方法包括密封中空试件上下两端,与供水单元水管和观测单元连接并密封固定处理;调节观测管水平后施加持续荷载并注水;记录观测管内水柱位置初始值及随时间的变化。该方法操作简单、装置构造巧妙,实现了持续荷载作用下混凝土累积吸水过程的实时、连续地精确测量,基于规定时间和荷载作用下测量得到的累积毛细吸水曲线,可开展混凝土材料在持续荷载作用下的毛细吸水率测试研究及实际工程结构的耐久性评估。
摘要:混凝土在宏观层次上属于各向同性材料,但在细观层次上可视为由粗骨料、砂浆以及二者界面组成的三相非均质复合材料.混凝土是一种典型的率敏感材料,不同应变率水平下存在不同的强度增长机制.从混凝土细观结构出发,提出了混凝土动态受力分析的刚体弹簧元(Rigid Body Spring Model,RBSM)方法,通过建立混凝土细观各相组成材料的粘弹塑性损伤本构模型,充分考虑Stefan效应在中低应变率水平下对混凝土力学性能的影响,模拟了混凝土的强度增长规律.对砂浆、混凝土试件的单轴受拉动态破坏分析表明,本文建立的动态弹簧元模型能较好地模拟混凝土强度随应变率增长而提高的规律,而且能够跟踪加载过程中混凝土内部的裂缝开展过程和最终破坏形态....
[博士论文] 鲍玖文
结构工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:海岸及近海混凝土结构在实际服役过程中,不可避免地承受着各种荷载和环境因素的共同作用。在二者耦合作用下,混凝土内部侵蚀性介质的传输过程是影响钢筋混凝土结构力学性能退化及耐久性失效的重要因素。通常,干湿循环作用区域是混凝土劣化、钢筋锈蚀最为严重的部位,这表明水分是造成混凝土性能劣化的主要原因和侵蚀性介质(如氯离子)迁移进入混凝土内部的主要载体。荷载作用又会造成混凝土不同程度的损伤或开裂,裂缝相互贯通将形成大量的物质迁移通道,加快了水分、氧气及可溶性侵蚀性介质的传输速度,缩短了混凝土结构的使用寿命。因此,研究荷载作用下损伤(或开裂)混凝土内物质传输机理和分布规律具有重要的理论和实践意义。基于以上考虑,本文开展了持载作用下及开裂混凝土内水分和氯离子传输性能研究,分析了荷载水平和裂缝宽度对物质传输过程的影响规律,具体开展的工作及主要结论如下:
  (1)基于连通器原理,设计了一套荷载作用下混凝土吸水实时测量装置,开展了持载作用对混凝土毛细吸水性能影响规律的试验研究,建立了加载方式(拉、压)、应力水平(0~50%)与吸水率的定量关系。结果表明,在一定低应力水平范围内,32小时持压荷载作用下混凝土累积吸水量和吸水率随着应力水平的提高先减小后增大,而持拉荷载的情况与应力水平均成正相关,但对初期吸水过程影响并不明显。基于非饱和流体理论,建立了持载作用下水力扩散系数和吸水率预测模型,提出了考虑应力水平影响的水分分布规律确定方法,计算了不同应力水平下吸水率以及水分含量分布曲线,与试验结果吻合较好。
  (2)开展了持载下非饱和混凝土(初始相对含水率为0、50%、100%)的氯离子传输试验,分析了持载与饱和度对氯离子含量和渗透深度的影响规律,分别建立了水力扩散系数、氯离子扩散系数与持载(拉、压)应力水平的关系。根据非饱和混凝土氯离子传输机理,建立了持载作用下氯离子传输分析的数值模型,开展了不同加载方式、应力水平下非饱和混凝土中氯离子含量分布规律计算分析,计算值与试验结果吻合较好。研究表明,非饱和混凝土中氯离子迁移主要依靠毛细吸水引起的对流作用和氯离子自身浓度梯度产生的扩散作用,但是随着初始饱和度的增加,对流效应逐渐变弱,扩散作用逐渐增强。
  (3)基于非饱和流体理论,结合较高应力水平(70%、80%和90%)作用后卸载的损伤混凝土毛细吸水试验结果,对比分析了水力扩散系数的指数函数和幂函数形式对水分含量分布的影响规律,建立了损伤混凝土内相对含水量分布的预测分析方法。结果表明,损伤混凝土中累积吸水过程仍呈现双线性变化,与未受荷载试件相比,荷载作用能够显著提高混凝土的毛细吸水量,毛细吸水率和吸水深度提高了近2倍左右,但持载10min和反复加载25次的两种加载方式对水分含量分布的影响并不明显。
  (4)基于经典的Lucas-Washburn方程和平行板孔隙毛细吸水理论,建立了平行裂缝毛细吸水的动力学模型。利用花岗岩石材(忽略石材本身的吸水能力)拼接方法,人工预制了不同宽度的平行裂缝(23.64~240.38μm),开展了平行裂缝的毛细吸水试验,计算了裂缝中的水分传输速度;与理论模型相结合,建立了水分传输速度与裂缝宽度关系。研究发现,本文所建立的平行裂缝毛细吸水动力学模型,可较准确地描述临界裂缝宽度范围内水分的毛细吸入过程,但是当裂缝宽度超过其临界值后,需要考虑其他机理对模型进行修正。
  (5)考虑水分的气-液相两种存在形式和干湿两阶段传输过程的滞后效应,提出了干湿交替下开裂混凝土中水分和氯离子传输速度理论模型;在细观层次上,假定开裂混凝土是由骨料、砂浆、界面过渡区(ITZ)及裂缝组成的四相复合材料,采用Voronoi单元划分技术,建立了含单条裂缝的二维格构网络模型,开展了干湿交替下开裂混凝土中水分和氯离子传输过程的数值仿真分析,并开展了干湿循环机制、循环周期、裂缝宽度等参数的敏感性分析。通过与试验结果的对比验证了本文所建立的水分及氯离子传输速度模型的准确性。
[专利] 发明专利 CN201610364985.5
大连理工大学 2016-08-17
摘要:本发明是为了解决现有测试系统难以实现对混凝土施加持续荷载和毛细吸水的耦合作用过程。本发明公开了一种持续荷载作用下混凝土表面毛细吸水率的测试装置及其测试方法。测试装置包括供水单元、水平观测单元、中空试件单元和钢板。测试方法包括密封中空试件上下两端,与供水单元水管和观测单元连接并密封固定处理;调节观测管水平后施加持续荷载并注水;记录观测管内水柱位置初始值及随时间的变化。该方法操作简单、装置构造巧妙,实现了持续荷载作用下混凝土累积吸水过程的实时、连续地精确测量,基于规定时间和荷载作用下测量得到的累积毛细吸水曲线,可开展混凝土材料在持续荷载作用下的毛细吸水率测试研究及实际工程结构的耐久性评估。
摘要:对于非饱和开裂混凝土,干湿交替下水分及氯离子的传输是影响钢筋锈蚀和混凝土结构耐久性的重要原因。基于单条裂缝中水分的立方定律,建立了裂缝处物质传输速度模型;考虑材料的非匀质特性,利用适用于物质传输分析的细观格构网络模型,建立了水分毛细作用的动力学方程和氯离子的一维非线性对流扩散方程,通过伽略金加权余数法给出其方程的有限元形式,开展了干湿交替下水分及氯离子的传输分析并定量地讨论了循环周期对传输过程的影响;利用提出的裂缝模型,分析了开裂混凝土中水分及氯离子的分布规律,以及裂缝宽度对其传输过程的影响。数值计算结果表明,与已有的试验数据对比,证明了提出模型的准确性,并说明裂缝和环境作用对其物质传输过程影响至关重要。
[硕士论文] 鲍玖文
结构工程 大连理工大学 2014(学位年度)
摘要:在海洋或除冰盐环境中,物质(水分或侵蚀性介质)在混凝土中的传输是造成建筑材料性能退化及钢筋混凝土结构耐久性不足的主要原因。其中,氯离子的侵入能够引起钢筋锈蚀、造成钢筋与混凝土之间粘结性能失效,而水分又是氯离子等侵蚀性介质进入混凝土内部的重要载体。混凝土中物质传输的机理主要包括:毛细作用(对流作用)、扩散、压力渗透和电迁移。不同环境条件下,物质在混凝土中的传输机理亦不同。干湿交替已被认为是影响混凝土中物质传输过程最不利的环境条件之一。因此,为了准确分析评估各种环境条件下钢筋混凝土结构的耐久性和使用寿命,关键问题是确定水分及氯离子在混凝土中的传输过程和分布规律。本文首先从混凝土材料的细观层次出发,建立适用于物质传输过程分析的格构网络模型,分析干湿交替作用下混凝土中物质的传输规律;然后,考虑环境条件或荷载作用所产生裂缝的影响,建立裂缝中物质传输的速度模型,开展开裂混凝土中物质传输过程的数值分析。具体开展的工作及得出的结论如下:
  (1)考虑混凝土的非均质特点,从混凝土的细观结构层次出发,系统地总结了适用于物质传输的细观格构网络模型和物质在不同状态下的传输模型,建立了非饱和混凝土毛细吸水过程的物理方程和氯离子传输的一维非线性对流扩散方程,并利用伽略金加权余数法给出了方程的有限元形式。采用细观格构网络模型开展了混凝土中水分及氯离子传输过程的数值仿真分析,通过与试验数据对比分析证明了模型的准确性和可靠性。
  (2)开展了干湿交替下混凝土中水分和氯离子的传输过程分析。对于湿润和干燥过程采用相同的传输模型、不同的传输系数,以湿润过程水分和氯离子的分布作为干燥过程的初始条件和边界条件,并分析了循环周期和循环机制两种因素的影响。结果发现,干燥时间相同时,非饱和混凝土内水分及氯离子的侵入深度主要取决于湿润时间,而干燥时间和循环周期数则影响混凝土表层氯离子含量,并在混凝土表层10 mm处有浓度集中现象。
  (3)混凝土中裂缝及微裂缝的存在,为物质侵入混凝土内部提供了传输通道,加快了水分和氯离子的传输速率及钢筋锈蚀的速度。采用单条裂缝中水分传输的立方定律,并结合非饱和流体理论,建立了混凝土裂缝中的水分传输速度模型。利用细观格构网络模型开展了毛细吸水过程中开裂混凝土内水分分布的数值模拟研究,结合文献中的试验数据,验证了模型的准确性和可靠性。通过参数的敏感性分析,发现裂缝宽度、裂缝长度和初始饱和度是影响开裂混凝土物质传输速度的主要参数。
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