水泥基材料早期微納米力學性能分析.pdf

1、水泥基材料早齡期的宏觀物理力學性能取決于其微細觀結構的成分及結構特征,從微細觀角度探討它們之間的定量關系是近年來國內(nèi)外的研究熱點之一,也是水泥基材料性能優(yōu)化設計的基礎。由于其微觀結構演化過程需要通過水化過程來實現(xiàn),因而需要探析水泥水化的微觀機理,從而來分析水泥基材料早齡期的力學性能。
　　 本文從微觀角度建立了水泥水化過程的三維模型,并根據(jù)最小理論水灰比推導出了水化程度α與水化半徑R之間的關系式。若給定水泥的密度、各成分含量,可

2、以計算不同水灰比時水化程度α與水化半徑R的關系。根據(jù)該三維微觀模型,從動態(tài)角度分析了水化半徑R與時間T的關系。提出了基于微觀球模型的水化動力學方程。該動力學方程對水泥水化反應的基本過程進行了表征,觀察各過程的相互關系,可對水泥基材料的水化機理進行解釋。結果表明,在水化初期,化學反應速率對水化反應起主導作用；隨著水化程度提高,水化反應轉由擴散速率控制。
　　 根據(jù)水泥水化過程中的組分變化,采用復合材料細觀力學理論分別建立了水泥漿體

3、、水泥砂漿和混凝土的細觀力學模型,并分析了不同水灰比、骨料體積分數(shù)情況下水泥基材料的彈性力學性能隨水化程度的演化關系。水泥基材料的彈性模量隨水化程度的發(fā)展而增大,而泊松比則減小。結合水化程度α與時間T的關系,本文給出了可用于預測水泥基材料的彈性力學性質(zhì)隨齡期的演化關系。
　　 基于Ulm和Coussy提出的多相水化動力學模型,在考慮水泥的化學組成、養(yǎng)護溫度、水灰比、最終水化程度及水泥細度等因素情況下,從理論上建立了水化動力學方程

4、,可用于預測水化速率隨水化程度的變化。結果表明:水灰比會加速相邊界反應,而對早期的結晶成核與晶體生長卻沒有明顯影響；溫度的升高能夠加速水化進程,卻不能改變最終水化程度。借助水化速率與水化程度的關系,提出了水泥基材料早齡期的化學收縮預測模型,可用于預測硅酸鹽水泥早齡期化學收縮變化趨勢。
　　 運用了毛細管張力、表面自由能及彈性力學理論,分別從二維飽和孔隙水狀態(tài)、不飽和孔隙水狀態(tài)及三維飽和孔隙水狀態(tài)建立了C-S-H凝膠體的干燥收縮模