《超低溫環境下混凝土力學行為及其凍融破壞機制》是依託同濟大學，由蔣正武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超低溫環境下混凝土力學行為及其凍融破壞機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔣正武
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
超低溫是混凝土材料套用最極端環境條件之一，其對混凝土力學性能、耐久性的影響十分顯著，探索超低溫下混凝土材料的力學行為及其相關關鍵科學問題對認識超低溫特種環境下混凝土的特性和套用具有重要的科學意義。本項目首先研究設計-50～-165℃超低溫養護箱、超低溫混凝土力學性能測試方法與裝置；研究超低溫下混凝土力學性能發展規律及影響因素，建立超低溫下混凝土全應力-應變曲線；提出低溫差熱分析熱孔計法等方法從熱力學角度探明超低溫下水在混凝土不同孔徑孔中分布、遷移、相變與結冰機制；研究超低溫凍融循環下混凝土力學性能劣化規律；採用核磁共振、低溫環境掃描電鏡等手段，闡明超低溫下混凝土熱焓-溫變關係與混凝土微觀結構變化規律，建立超低溫下混凝土力學行為模型。從熱力學闡明混凝土超低溫凍融循環破壞機理，並最終建立超低溫下混凝土凍融破壞機制。研究成果可為解決混凝土在超低溫極端環境下套用的科學問題與關鍵技術提供科學指導。
結題摘要
超低溫是混凝土材料套用最極端環境條件之一，其對混凝土力學性能、耐久性的影響十分顯著，探索超低溫下混凝土材料的力學行為及其相關關鍵科學問題對認識超低溫特種環境下混凝土的特性和套用具有重要的科學意義。 本項目設計出-50～-165℃超低溫養護箱，探明了砂漿試樣在超低溫下的溫度梯度變化規律，並依此設計出超低溫養護方法、超低溫力學性能測試方法、超低溫凍融循環實驗方法與裝置；探明了超低溫下混凝土力學性能發展規律，採用非線性擬合方法分析了超低溫下不同水灰比的砂漿力學強度發展規律，提出了超低溫下砂漿力學強度預測模型。並運用模型分析驗證了不同超低溫養護時間下砂漿強度及不同含水率下不同水灰比的砂漿超低溫下強度發展規律。含水率為m、超低溫養護t d下普通砂漿力學強度預測模型可表示成 ；量化證實含水率對砂漿超低溫下抗折強度影響大於其對超低溫下抗壓強度的影響。得到了超低溫下水泥基材料溫度應變曲線，揭示了含水率、水灰比等因素影響其溫度應變的規律及原因，為惡劣環境下混凝土性能設計提供了理論依據。 以水泥基材料孔溶液相變、物相焓變等熱力學理論和孔型假說為基礎，建立了表征水泥基材料孔結構的熱力學計算模型，提出了熱孔計法表征水泥基材料孔結構的新方法；進一步將熱孔計法的表徵結果與壓汞法、氮吸附法結果進行比較，實驗證明了熱孔計法表征水泥基材料的有效性、精確性；探明了熱孔計法實驗過程中的影響因素，確定了試驗中關鍵參數，並提出一套完整的標準測試方法。採用熱孔計法表征不同齡期水泥硬化淨漿孔徑分布，驗證微觀孔結構與巨觀力學性能之間的關係。 對比不同凍融環境條件下試驗結果，採用巨觀性能和微觀孔結構多尺度表征方法，得出了混凝土超低溫凍融循環力學性能劣化規律，證實水分遷移是超低溫凍融循環破壞的關鍵因素，並提出混凝土超低溫凍融破壞過程及機理。能否與外界進行水分交換在超低溫凍融破壞中起著決定性作用。若材料不能與外界發生水分交換，即使其最初完全飽水，凍融破壞也較為緩慢；超低溫凍融過程中，水泥基材料從外界大量吸收水分，其飽水程度甚至超過100%，給孔壁帶來較大結晶壓力；結晶壓力主要集中在大孔周邊，使得大孔周邊先產生大量新的微孔(＜20nm)，隨著凍融的繼續進行，上述微孔繼續生長或連通形成較大的孔隙，當這類孔隙孔徑成長到20nm以上時，最終會影響水泥基材料的巨觀力學性能，造成凍融破壞。最終建立了超低溫下混凝土凍融破壞機制。
