本文關(guān)鍵詞：基于多相夾雜理論的水泥混凝土熱膨脹系數(shù)研究

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【摘要】：水泥混凝土作為一種重要的建筑工程結(jié)構(gòu)材料,在建筑、橋梁、水利等方面應(yīng)用廣泛。目前水泥混凝土路面在我國(guó)公路建設(shè)中應(yīng)用也很普遍,但是由溫度應(yīng)力引起的水泥混凝土路面開(kāi)裂問(wèn)題嚴(yán)重,制約了水泥路面的應(yīng)用和發(fā)展。熱膨脹系數(shù)是影響溫度應(yīng)力的重要熱物性參數(shù)之一,對(duì)其研究有助于減小水泥混凝土路面板內(nèi)溫度應(yīng)力、減少水泥混凝土路面板溫度裂縫、提高水泥混凝土路面使用壽命。因此探索一種經(jīng)濟(jì)適用、準(zhǔn)確度高的熱膨脹系數(shù)預(yù)測(cè)方法具有重大的理論和實(shí)際意義。本文將水泥混凝土視為多相夾雜復(fù)合材料,建立細(xì)觀尺度下水泥混凝土模型,基于細(xì)觀力學(xué)基本理論,推導(dǎo)出水泥混凝土材料宏觀上熱膨脹系數(shù)顯示表達(dá)式,并且通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證模型及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,最后在理論模型的基礎(chǔ)上探究影響水泥混凝土熱膨脹系數(shù)的主要因素。本文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:首先對(duì)比分析不同種細(xì)觀力學(xué)模型優(yōu)缺點(diǎn)和適用性,選擇考慮夾雜之間相互作用的廣義自洽模型,區(qū)別于常見(jiàn)的圓形骨料假設(shè),分別建立橢圓形和長(zhǎng)方形骨料形狀假設(shè)下的水泥混凝土細(xì)觀力學(xué)模型;根據(jù)細(xì)觀力學(xué)基本理論,推導(dǎo)出兩種骨料形狀假設(shè)下用混凝土細(xì)觀組分材料性質(zhì)表達(dá)的宏觀有效熱膨脹系數(shù)顯式表達(dá)式;為了方便計(jì)算,利用MATLAB軟件建立水泥混凝土熱膨脹系數(shù)計(jì)算的用戶操作界面。其次實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水泥混凝土熱膨脹系數(shù)。為了從多方面研究理論計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果的吻合程度,制作了不同水灰比、不同級(jí)配、不同骨料類型的混凝土試件。制定測(cè)試水泥混凝土熱膨脹系數(shù)的試驗(yàn)方案,試驗(yàn)裝置是改進(jìn)的低溫三軸試驗(yàn)裝置,利用溫度傳感器和位移傳感器自動(dòng)采集不同溫度下水泥混凝土試件高度方向的變形量,將溫度數(shù)據(jù)和線膨脹率線性擬合得到混凝土的熱膨脹系數(shù)。為了分析骨料形狀,通過(guò)拍照或者掃描的方式得到試驗(yàn)中所用骨料的平面圖像,利用圖像分析處理軟件,對(duì)骨料形狀進(jìn)行分析,得到每種骨料形狀數(shù)據(jù)。確定骨料形狀參數(shù)、力學(xué)參數(shù)以及熱物性參數(shù)的輸入,得到不同水泥混凝土熱膨脹系數(shù)的理論計(jì)算值,并將理論計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了在橢圓形和方形兩種骨料形狀假設(shè)模型下,都能較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)水泥混凝土材料的熱膨脹系數(shù),相對(duì)誤差可以控制在15%以內(nèi)。最后,對(duì)影響水泥混凝土材料熱膨脹系數(shù)的影響因素進(jìn)行探究�；诶碚撃Ｐ�,通過(guò)改變理論計(jì)算公式參數(shù)的輸入,分別從夾雜相、基體相和等效夾雜相三個(gè)方面,分析不同組分材料性質(zhì)對(duì)熱膨脹系數(shù)影響。結(jié)果表明,水泥混凝土材料熱膨脹系數(shù)會(huì)隨著骨料和砂漿熱膨脹系數(shù)的增加而增加;隨著骨料體積分?jǐn)?shù)和彈性模量的增加而減小。最后通過(guò)影響因素分析,從材料角度提出減小熱膨脹系數(shù)的措施。
【關(guān)鍵詞】：水泥混凝土 熱膨脹系數(shù) 細(xì)觀力學(xué) 多相夾雜 廣義自洽法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U416.216
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題來(lái)源及研究的背景和意義10-11
• 1.1.1 課題來(lái)源10
• 1.1.2 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 細(xì)觀力學(xué)發(fā)展11-12
• 1.2.2 細(xì)觀力學(xué)在路面材料力學(xué)性能上的研究12-13
• 1.2.3 細(xì)觀力學(xué)在混凝土熱膨脹系數(shù)上的研究13
• 1.2.4 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述13-14
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.4 研究方案及研究路線15-18
• 1.4.1 研究方案15-17
• 1.4.2 研究路線17-18
• 第2章 基于細(xì)觀力學(xué)的水泥混凝土熱膨脹系數(shù)理論解18-36
• 2.1 細(xì)觀力學(xué)模型18-21
• 2.1.1 細(xì)觀力學(xué)均勻化方法18-20
• 2.1.2 多相夾雜模型近似方法20-21
• 2.2 水泥混凝土細(xì)觀力學(xué)模型21-23
• 2.3 復(fù)合材料宏觀應(yīng)變與細(xì)觀組分的關(guān)系23-30
• 2.3.1 基于能量等效的宏觀應(yīng)力應(yīng)變表示方法23-25
• 2.3.2 細(xì)觀力學(xué)基本理論25-27
• 2.3.3 Eshelby張量27-30
• 2.4 熱膨脹系數(shù)理論解30-35
• 2.4.1 有效自洽估計(jì)30-31
• 2.4.2 熱膨脹系數(shù)計(jì)算31-33
• 2.4.3 用戶操作界面建立33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 水泥混凝土細(xì)觀力學(xué)模型驗(yàn)證36-57
• 3.1 骨料形狀分析36-42
• 3.1.1 方法36-38
• 3.1.2 結(jié)果及分析38-42
• 3.2 熱膨脹系數(shù)試驗(yàn)42-48
• 3.2.1 試驗(yàn)方法42-45
• 3.2.2 結(jié)果及分析45-48
• 3.3 不同水灰比下模型驗(yàn)證48-50
• 3.3.1 參數(shù)確定48-49
• 3.3.2 結(jié)果比較49-50
• 3.4 不同級(jí)配下模型驗(yàn)證50-53
• 3.4.1 參數(shù)確定50-52
• 3.4.2 結(jié)果比較52-53
• 3.5 不同骨料類型模型驗(yàn)證53-55
• 3.5.1 參數(shù)確定53-55
• 3.5.2 結(jié)果比較55
• 3.6 本章小結(jié)55-57
• 第4章 基于理論模型的影響因素分析57-70
• 4.1 夾雜相對(duì)熱膨脹系數(shù)的影響57-62
• 4.1.1 骨料熱膨脹系數(shù)57-58
• 4.1.2 骨料彈性模量58-59
• 4.1.3 骨料類型59-62
• 4.2 基體相對(duì)熱膨脹系數(shù)的影響62-66
• 4.2.1 砂漿相厚度62-65
• 4.2.2 砂漿熱膨脹系數(shù)65-66
• 4.2.3 砂漿彈性模量66
• 4.3 等效夾雜相對(duì)熱膨脹系數(shù)的影響66-67
• 4.4 減小熱膨脹系數(shù)的建議67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 附錄76-81
• 致謝81

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本文編號(hào)：911940