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《武汉理工大学》 2010年
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轻质高强混凝土脆性机理与改性研究

姜从盛  
【摘要】:混凝土材料是人类最大宗的人造建筑材料,其固有缺点是自重大与脆性突出,改善混凝土的脆性、实现混凝土的轻质高强化是提高混凝土材料使用效能,减轻结构自重,节约建筑材料资源与能源的最有效技术途径之一,也是混凝土材料科学基础理论研究与应用技术开发的主要目标。 论文依托国家自然科学基金项目“高强轻集料混凝土的脆性特征及其增韧技术(编号:50272045)”,运用细观力学原理与分析方法,对轻集料混凝土的断裂力学行为进行了数值模拟分析与试验验证,探明了轻集料混凝土中的脆性机、理。在此基础上,提出轻质高强混凝土韧化设计方法,系统研究了高韧性轻质高强混凝土的配比优化设计方法,掌握了高韧性轻质高强混凝土的配比关键技术参数及其系统增韧技术,并将研究成果成功应用于实际工程。 论文开展的主要工作和取得的重要成果有: 依据轻集料混凝土组成与结构特点,利用蒙特卡罗方法研究提出了轻集料混凝土随机集料分布物理模型,结合轻集料的几何形态和级配分析计算,构建出可供有限元计算与分析的轻集料混凝土数值模型,确定了混凝土细观单元体尺度与断裂性质的关系以及有限元单元体网格划分方法,分析设定了各种应力作用条件下的材料破坏准则,探讨了轻集料-水泥石界面层性能对混凝土断裂力学行为的影响,提出了轻集料混凝土断裂行为的细观非线性有限元分析方法,构建出轻集料混凝土断裂行为数值模拟分析模型。 利用细观非线性有限元模型实现了轻集料混凝土的准静态断裂过程数值模拟,分别对单轴拉伸、单轴压缩、三点弯曲应力作用下轻集料混凝土的断裂行为进行了细观力学分析,得到了不同应力作用下轻集料混凝土的应力-应变曲线,获得了不同加载时刻轻集料混凝土内部应力分布状态,探明了轻集料混凝土中裂缝产生、扩展规律,并实时原位观测了轻集料混凝土从加载开始到最终破坏全过程的裂纹扩展和变形状态,探明了轻集料混凝土的脆性断裂破坏机理。 基于轻集料混凝土脆性断裂行为的细观力学分析结果,提出了轻集料混凝土裂缝扩展路径曲化、界面韧化的轻质高强混凝土增韧设计原理、方法,提出了利用高强高韧性颗粒物质取代轻集料制备高韧性轻质高强混凝土的技术方法,系统研究了普通集料取代率、普通集料级配设计对混凝土力学性能、密度与韧性指数的影响,确定了最佳的材料制备参数,实验表明在普通集料取代轻集料30%以上的情况下,轻质混凝土的延性指数可提高40%以上,大大改善了轻质高强和混凝土的脆性。开发了轻集料聚合物浸渍与界面增韧剂复合增韧轻集料-水泥石界面改性技术,显著改善了轻集料混凝土的脆性。 探讨了水胶比、轻集料的体积率、胶凝材料组成主要因素对轻质高强混凝土强度、密度与韧性的影响规律,掌握了协调强度、密度与脆性的混凝土配比优化设计方法,系统研究了纤维、聚合物增韧技术对于轻质高强混凝土韧性的影响规律,开发了适于轻质高强混凝土的纤维与聚合物增韧技术。 综合应用以上集成技术,研制开发出高韧性轻质高强混凝土,总结提出了高韧性轻质高强混凝土应用成套关键技术,成功将其应用于钢箱梁桥面铺装工程与预应力混凝土桥梁工程,并取得显著的经济与社会效益。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU528.2

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 杨婷婷;基于集料功能设计的水泥石界面性能研究[D];武汉理工大学;2010年
2 王发洲;高性能轻集料混凝土研究与应用[D];武汉理工大学;2003年
3 叶家军;高强轻集料混凝土构件优化设计与性能研究[D];武汉理工大学;2005年
4 王增忠;基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析[D];同济大学;2006年
5 王亚超;碱激发粉煤灰基地质聚合物强化增韧及耐久性能研究[D];西安建筑科技大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 杨婷婷;基于集料功能设计的水泥石界面性能研究[D];武汉理工大学;2010年
2 王发洲;高性能轻集料混凝土研究与应用[D];武汉理工大学;2003年
3 叶家军;高强轻集料混凝土构件优化设计与性能研究[D];武汉理工大学;2005年
4 王增忠;基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析[D];同济大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王涛;高强轻集料混凝土的脆性与增韧技术研究[D];武汉理工大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱坤宁;万水;;FRP-钢组合结构桥梁建造关键技术研究[A];2011复合材料桥梁技术研讨会论文集[C];2011年
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3 石从黎;范英儒;罗杰;王智;杨再富;;破碎处理对陶粒及其混凝土性能的影响[A];2011年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集[C];2011年
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10 吴平安;高明亮;杨洁;刘首;;混杂纤维轻骨料混凝土冲击动力性能试验研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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8 杨婷婷;基于集料功能设计的水泥石界面性能研究[D];武汉理工大学;2010年
9 田焜;水泥基电磁防护吸波多功能复合材料的研究[D];武汉理工大学;2010年
10 吴静;多重螺旋箍筋增韧轻质混凝土抗震性能研究[D];武汉理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 刘孝;在役梁桥优化维修决策研究[D];郑州大学;2010年
3 杨明林;塑性混凝土配合比及性能指标试验研究[D];郑州大学;2010年
4 陈高锋;钢丝网约束混凝土轴压性能试验研究[D];郑州大学;2010年
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10 赵畅;海洋环境下高性能混凝土耐久性试验研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙道胜;王爱国;胡普华;;地质聚合物的研究与应用发展前景[J];材料导报;2009年07期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 姚志通;固体废弃物粉煤灰的资源化利用[D];浙江大学;2010年
2 杨文萃;无机盐对混凝土孔结构和抗冻性影响的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王发洲;高性能轻集料混凝土研究与应用[D];武汉理工大学;2003年
2 王增忠;基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析[D];同济大学;2006年
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 田耀刚;高强次轻混凝土的研究[D];武汉理工大学;2005年
2 周宇飞;高强混凝土内养护机制与控制技术研究[D];武汉理工大学;2008年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 管学茂,张勇,张云广;高性能轻集料混凝土评述与展望[J];焦作工学院学报(自然科学版);2004年05期
2 谭克锋;;轻集料及高性能轻集料混凝土的性能研究[J];同济大学学报(自然科学版);2006年04期
3 周杰;安风华;凌天清;;轻集料混凝土的研究与应用现状分析[J];山西建筑;2006年13期
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6 高建明;董祥;朱亚菲;张建雄;;活性矿物掺合料对高性能轻集料混凝土物理力学性能的影响[A];2004“第七届全国轻骨料混凝土学术讨论会”暨“第一届海峡两岸轻骨料混凝土产制与应用技术研讨会”论文集[C];2004年
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1 驻天津记者 郭关朝;天津轻集料保温复合砌块受欢迎[N];中国建材报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王发洲;高性能轻集料混凝土研究与应用[D];武汉理工大学;2003年
2 姜从盛;轻质高强混凝土脆性机理与改性研究[D];武汉理工大学;2010年
3 程从密;EPS轻集料混凝土组成结构与性能研究[D];华南理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王旻;橡胶轻集料混凝土试验研究[D];天津大学;2007年
2 张勇;泵送高强轻集料混凝土的研究[D];武汉理工大学;2002年
3 张雪松;聚苯乙烯轻集料混凝土物理、力学性能试验研究[D];河北工业大学;2003年
4 唐笑;大流动性结构轻集料混凝土性能研究[D];重庆大学;2003年
5 王涛;高强轻集料混凝土的脆性与增韧技术研究[D];武汉理工大学;2004年
6 程智清;高性能页岩轻集料混凝土试验研究[D];中南大学;2007年
7 李进辉;高性能轻集料混凝土性能影响因素的研究[D];武汉理工大学;2008年
8 谭盐宾;高强结构轻集料混凝土长期性能与耐久性研究[D];重庆大学;2007年
9 程多松;双掺轻集料混凝土力学性能的试验研究[D];西安建筑科技大学;2007年
10 陈甲树;钢管轻集料混凝土抗弯性能试验研究与理论分析[D];河海大学;2007年
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