基於粒子堆積最佳化模型的生態型混凝土研究

《基於粒子堆積最佳化模型的生態型混凝土研究》是依託北京工業大學，由何歡擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於粒子堆積最佳化模型的生態型混凝土研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：何歡
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

在全球氣候、環境形勢日益嚴峻的情況下，發展生態型混凝土已經成為當今建材研究上的一個熱點。粒子堆積與混凝土（特別是生態型混凝土）的工程特性的關係密切，但對其綜合性研究還相當的缺失。光學、實驗以及計算機等領域的新進步為從最佳化粒子堆積模型的基礎上發展新型生態型混凝土成為可能。本研究以採用以惰性礦粉為水泥替代材料的生態型混凝土為研究對象，全面研究其粒子堆積影響下的工程特性。材料的基本物理和粒子堆積特性將用最新的光學設備與實驗手段加以針對性的研究。在此基礎上改進和最佳化離散元模型，並將其套用於堆積的模擬與最佳化。通過此手段，研究和預測粒子堆積下的微觀結構性特徵和材料性質。實驗室的配合比實驗將進一步驗證拌合的效應與相關材料特性。在試驗與數值模擬的基礎上，通過新鮮混凝土和硬化後混凝土的相關特性研究，全面評價最佳化後的以惰性礦粉為基礎的生態型混凝土的配合比和材料特性，並以此為基礎發展適合國家需要的生態混凝土。

結題摘要

現代社會，人們對環境、生態、可持續發展等越來越重視。水泥行業因其巨大的需求但同時消耗大量的化石燃料，因而對環境污染負有重大的責任。用礦物外加劑代替部分水泥已成為當前發展生態型（綠色）水泥的一條重要道路。儘管各種顆粒狀摻和料已經廣泛套用於混凝土的研究與套用當中，但是大部分套用材料具有火山灰作用同時對水泥的水化有複雜的互動干擾作用。本研究著眼於簡單非活性的惰性外摻材料，致力於利用其材料本身的填料作用。研究首先從材料的基本物理特性出發，利用了高級圖像分析手段，對混凝土材料中幾類非常重要的材料（包括以細碎石和細河砂為主的細骨料、普通矽酸鹽水泥、石灰石粉末等）進行了詳細的形狀分析；結合其他以先進光學、計算機分析基礎上的最新研究成果，提出了最優數值模擬模型；以試驗與離散元數值模型，研究其物理特性的普遍規律以及內部顆粒堆積之間的關係；並以此為基礎，提出了類似於擬合最佳化富勒曲線的摻合惰性外加細料的生態型混凝土方案；同時，結合混凝土（砂漿）試驗研究，考察摻和水泥在和易性（工作性）和以力學性能為代表的成熟性能上的表現；綜合提出以最佳化顆粒堆積為基礎、摻和惰性外加細料代替部分水泥的生態（綠色）混凝土材料。結合試驗與計算機數值模擬，項目在材料的基本物性方面做了大量的研究工作。研究得出的在粒子形狀分析、模擬、堆積試驗、模型最佳化等方面的結論有利於後續的其他混凝土性能與新建築材料開發等方面的研究工作。在進一步細化、最佳化等工作的基礎上，研究得出的新型生態型混凝土在滿足一定強度建築場所內推廣套用，將有效促進水泥行業的升級換代，促進社會的可持續發展。