浅谈渗透性再生混凝土氯离子渗透性试验及细观数值模拟中心

论文导读：
摘要：将废弃混凝土用作骨料、生产新的混凝土(即再生混凝土)可实现非再生资源天然砂、石等的循环再利用,具有出色的经济效益、环境效益以及社会效益,受到了人们密切的关注和探讨。目前对再生混凝土探讨较多,已有成果表明：通过再生骨料的强化以及合理的配合比设计等措施,再生混凝土能够满足建筑结构对混凝土工作性能和力学性能的基本要求。但再生混凝土耐久性较差,这常常成为制约其广泛运用于沿海、除冰盐等恶劣环境中结构混凝土的最大瓶颈。本论文以试验为主要手段,系统地探讨了再生混凝土氯离子渗透性以及改善措施。其次本论文以细观的角度,将再生骨料混凝土视为三相复合材料,由再生骨料、砂浆以及骨料和砂浆之间的界面区三相组成,由于此三相自身结构以及各自性能都相差较大,它们在再生混凝土中的分布情况会影响混凝土的渗透性。本论文通过试验及数值浅析策略,系统地探讨了此三相的性能对再生混凝土氯离子渗透性的影响。主要探讨成果如下：(1)对现有的ASTMC1202加速氯离子渗透试验装置进行了改善,设计了多通道ACMT (Accelerated chloride Migration Test)加速氯离子渗透试验仪,研发了基于TM7709的数据自动采集系统；同时对NEL混凝土电导率法试验装置进行了改善。(2)利用改善的加速氯离子渗透试验仪和改善的NEL试验装置对再生混凝土氯离子渗透进行了试验探讨。试验结果表明：加速氯离子渗透试验中,电通量与氯离子渗透系数有着着很好的线性相关性,可以通过电通量评价混凝土氯离子渗透性；两种试验策略所测氯离子渗透系数有着着很好的线性相关性,为省时省力可采取NEL法快速判定混凝土氯离子渗透性。(3)试验探讨表明：随着再生骨料的替代率增加,混凝土氯离子渗透系数增加,抗渗透性降低,再生骨料替代率在25%以内时,对渗透性影响不是很大,但替代率为100%的全再生混凝土比天然骨料混凝土渗透系数增加的较多,约为2倍左右；随着水胶比的增加,混凝土氯离子渗透系数增加,抗渗透性降低,尤其是全再生混凝土随水胶比的增加抗氯离子渗透性降低越厉害。(4)在再生混凝土中掺入活性掺和料,可改善再生混凝土界面过渡区的微结构,增加混凝土的密实性,以而显著提升混凝土的抗氯子渗透性。本论文在再生混凝土中以25%的活性掺和料等量替代水泥,试验结果表明：三种掺和料(硅灰、粉煤灰、矿渣微粉)均较显著的降低氯离子渗透系数,其中,对全再生混凝土而言,用25%的硅灰替代等量的水泥,可以将氯离子渗透系数降低至同水胶比的天然骨料混凝土。所以用活性掺和料替代水泥是提升其抗氯离子渗透性的一个重要手段。(5)本论文以细观层次上试验探讨了骨料和界面区分布以及活性掺和料粉煤灰对再生混凝土渗透性的影响同时与天然骨料混凝土渗透性进行比较。将粗骨料制作成规则的棱柱体形状,置入砂浆中,制作不同系列混凝土试块,使得这些试块具有不同的界面区含量。对试块进行氯离子渗透性试验,可得试块的渗透系数；假定试块中的粗骨料、砂浆及界面区均匀,各相渗透性保持一致,试验测出砂浆的渗透系数；同时试验测出基体混凝土的渗透系数作为再生粗骨料的渗透系数,以而可计算出界面区的渗透系数。试验结果表明：再生骨料混凝土的界面区的氯离子渗透系数比天然骨料混凝土的氯离子渗透系数大的多,约为天然骨料混凝土的7.7倍；活性掺和料粉煤灰的掺入使得界面区的渗透系数迅速降低至接近天然骨料混凝土。为浅析骨料含量对再生混凝土氯离子渗透性的影响,本论文设计不同粗骨料含量的各系列混凝土试块,并对试块进行氯离子渗透性试验,试验结果表明,天然骨料混凝土的氯离子渗透性随着天然骨料含量的增加而呈现出不断减小的走势；可对于再生骨料混凝土,随着再生骨料含量的增加,混凝土的氯离子渗透性却呈现出增大的走势；对于掺有粉煤灰的再生骨料混凝土,随着再生骨料含量的增加,混凝土的渗透性的走势与天然骨料混凝土类似,但变化走势不如天然骨料混凝土显著。(6)本论文利用数值模拟的策略探讨了细观结构对再生混凝土氯离子渗透性的影响。首先,本论文基于物理引擎PhysX. net建立了混凝土细观结构模型,编写了根据骨料分布特点输入相关参数、无骨料重叠、高骨料体积比的三维椭球体和凸多面体骨料的随机模型自动投放程序。在再生混凝土细观结构模型形成的基础上,采取有限元,对混凝土氯离子渗透进行了细观数值模拟,与试验结果相符。关键词：再生混凝土论文细观结构论文界面过渡区论文氯离子渗透性论文数值模拟论文
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ABSTRACT7-13
第一章 绪论13-26

1.1 课题探讨的作用13-15

1.2 再生混凝土国内外探讨进展15-19

1.2.1 再生混凝土的概念15

1.2.2 国内外再生混凝土开发利用近况15-17

1.2.3 国内外再生混凝土探讨进展17-19

1.3 再生混凝土氯离子渗透性细观探讨19-22

1.3.1 氯离子在混凝土中的传输特性20-21

1.3.2 细观结构对再生混凝土氯离子渗透性的影响21-22

1.4 探讨目标、拟解决的关键不足及探讨策略22-26

第二章 试验材料性质及氯离子渗透性试验策略26-54

2.1 粗骨料的基本性质26-31

2.

1.1 再生粗骨料主要性质指标及分级技术标准26-29

2.

1.2 试验所用粗骨料的物理力学性质29-31

2.2 水泥和活性掺和料的物理力学性质31-33

2.1 水泥31

2.2 活性掺和料31-33

2.3 试验用其它材料性质33-34

2.3.1 天然细骨料33-34

2.3.2 水34

2.4 混凝土氯离子渗透性试验策略34-40

2.5 氯离子渗透性试验策略的改善40-51

2.5.1 ACMT快速氯离子渗透仪研发40-51

2.5.2 NEL饱盐电导率法改善51

2.6 氯离子浓度测定试验51-53

2.7 本章小结53-54

第三章 再生混凝土氯离子渗透性试验探论文导读：
讨54-78

3.1 原材料及试验策略54

3.2 再生混凝土配合比设计及试件的制作54-58

3.

2.1 再生混凝土配合比设计54-55

3.

2.2 试件的制作55-58

3.3 混凝土试块的强度测定58-61

3.4 氯离子渗透性试验历程及原理61-65

3.4.1 利用改善的ACMT氯离子渗透法试验历程和原理61-64

3.4.2 NEL饱盐电导率法试验历程、原理64-65

3.5 试验数据处理、结果浅析和讨论65-77

3.5.1 试验数据66-69

3.5.2 试验结果浅析和讨论69-77

3.6 本章小结77-78

第四章 细观结构对再生混凝土氯离子渗透性影响的试验探讨78-96

4.1 引言78-81

4.2 再生骨料基体混凝土渗透性试验81

4.

2.1 试块制作81

4.

2.2 基体混凝土快速氯离子渗透试验81

4.3 浆体渗透性试验81-82
4.

3.1 试块制作81-82

4.

3.2 砂浆快速氯离子渗透试验82

4.4 界面区的渗透性82-90

4.1 试件设计及制作82-85

4.2 规则骨料混凝土渗透性试验探讨85-90

4.5 骨料含量对混凝土渗透性的影响90-94

4.5.1 试件设计与制作90-91

4.5.2 骨料含量对混凝土氯离子渗透性影响的试验探讨91-94

4.6 本章小结94-96

第五章 基于细观结构再生混凝土氯离子渗透性数值模拟96-116

5.1 引言96-97

5.2 基于物理引擎PHYSX.NET的混凝土细观结构模型探讨97-110

5.

2.1 物理引擎PhysX.net概述97-100

5.

2.2 混凝土骨料模型自动生成100-107

5.

2.3 三维随机骨料模型生成实例107-110

5.3 数值模拟110-114
5.

3.1 天然骨料混凝土的数值模拟110-111

5.

3.2 再生骨料混凝土的数值模拟111-113

5.

3.3 掺有粉煤灰的再生混凝土数值模拟113-114

5.4 本章小结114-116
第六章 结论与展望116-120

6.1 结论116-118

6.2 展望118-120

参考文献120-130
致谢130-131
攻读博士学位期间参与的科研项目131-132
攻读博士学位期间发表的科研论文132