水泥基材料塑性開裂本構關係研究及開裂行為預測

《水泥基材料塑性開裂本構關係研究及開裂行為預測》是依託同濟大學，由楊曉傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水泥基材料塑性開裂本構關係研究及開裂行為預測
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊曉傑
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

水泥混凝土易於塑性失水收縮開裂的缺陷對其力學性能和耐久性能以及混凝土工程質量影響顯著，探索水泥混凝土塑性收縮開裂過程中的力學行為、建立相應本構關係以及研究解決相關關鍵科學問題對掌握水泥混凝土塑性力學特性具有重要的科學意義。本項目在建立水泥基材料塑性抗拉強度、塑性毛細管失水收縮應力的測試方法基礎上，系統研究水泥基材料組成參數、初始結構參數、環境參數以及約束度參數等因素對塑性階段水泥基材料開裂力學性能的作用規律，採用甄別分處處置不可量化影響因素；構建基於材料科學觀點的水泥基材料塑性收縮開裂本構關係；闡明水泥基材料塑性收縮開裂機理；提出水泥基材料塑性開裂與否的分段判據，實現對水泥基材料塑性開裂行為預測。研究成果可為解決混凝土塑性收縮開裂的科學問題與關鍵技術提供科學指導，具有重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

隨著社會建設和各類基礎建設步伐的不斷加快，以及砂漿和混凝土的商品化，砂漿和混凝土的需求量越來越大，但開裂問題嚴重製約著砂漿和混凝土的套用前景。在某些條件下，早期塑性收縮開裂十分明顯，如何控制砂漿和混凝土的開裂問題已經刻不容緩。 課題以水泥砂漿的抗裂指數作為砂漿塑性收縮開裂的判據，研究多種參數對砂漿塑性收縮開裂的影響，通過建立砂漿抗裂指數與各影響因素的本構方程，為建立水泥基材料結構開裂預警機制提供理論基礎和方法支持。 課題針對前期實驗探索中存在的水分蒸發速率範圍過窄、蒸發速率間隔較大等問題，對前期實驗研究進行了擴展和補充，重新建立了砂漿塑性收縮開裂基於水分蒸發速率的一元本構方程，基於水灰比與水分蒸發速率的二元本構方程，基於灰砂比與水分蒸發速率的二元本構方程以及基於水灰比、灰砂比與水分蒸發速率的三元本構方程。研究表明，改進後的本構方程能較好地預測水泥砂漿塑性收縮開裂，提高了本構方程的實用性。同時本文研究了保水劑、礦物摻合料和減水劑摻量對砂漿塑性收縮開裂的影響，在此基礎上，建立了水泥基材料基於材料組成參數（包括水灰比、灰砂比、纖維摻量、保水劑摻量、粉煤灰摻量、減水劑摻量）、環境參數（水分蒸發速率）、初始結構參數（分層度）和約束狀況參數（約束度）的多元本構方程。實驗結果表明，該本構方程的整體顯著性明顯，能較準確預測砂漿塑性開裂性狀。 課題採用塑性粘度表征水泥基材料初始結構參數，研究了保水劑、纖維、礦物摻合料和減水劑摻量以及水灰比對砂漿塑性粘度的影響，在不同的影響因素下分別建立了塑性收縮開裂關於塑性粘度的本構方程。在此基礎上，對初步建立的多元本構方程進行最佳化和補充，引入塑性粘度參數，重新建立了多元本構方程。