混凝土微觀力學(xué)性能表征及凍融循環(huán)影響

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1、上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文混凝土微觀力學(xué)性能表征及凍融循環(huán)影響碩士研究生：陳仁宏學(xué)號：1120109001導(dǎo)師：喬丕忠申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：固體力學(xué)所在單位：船舶海洋與建筑工程學(xué)院答辯日期：2015年1月授予學(xué)位單位：上海交通大學(xué)DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterMICRO-MECHANICALPROPERTYCHARACTERIZATIONOFCONCRETEANDFREEZING/THAWINGEFFECTSCandidate：ChenRenhongStude

2、ntID:1120109001Supervisor：QiaoPizhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：SolidMechanicsSchoolofNavalArchitecture,OceanAffiliation：&CivilEngineeringDateofDefense：January,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文混凝土微觀力學(xué)性能表征及凍融循環(huán)影響摘要由于全球氣候惡

3、化，各種工程結(jié)構(gòu)在極端天氣下的耐久性逐漸成為關(guān)注的焦點，其中大部分大型工程結(jié)構(gòu)是由混凝土構(gòu)成的，因此研究混凝土的耐久性，特別是凍融循環(huán)下的耐久性就具有重要的現(xiàn)實意義?；炷磷鳛橐环N多相復(fù)合材料，其微觀力學(xué)性能決定了宏觀的耐久性。本文從實驗力學(xué)的角度對混凝土的微觀力學(xué)性能進(jìn)行研究，具有重要的現(xiàn)實和科學(xué)指導(dǎo)意義。首先，本文利用先進(jìn)的表征手段——納米壓痕表征了混凝土材料各組分的微觀力學(xué)性能，主要包括壓痕模量、硬度和蠕變率三個物理參量。由于混凝土的復(fù)雜性，研究采用了統(tǒng)計學(xué)的方法來分析、處理試驗數(shù)據(jù)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混凝土漿體和骨料在壓痕模量和硬度方面差別很大，這種差別為定量確

4、定界面過渡區(qū)提供了依據(jù)。壓痕模量和硬度的相關(guān)系數(shù)為0.75，并且都不滿足正態(tài)分布，因此，在研究凍融循環(huán)影響時，需要采用非參數(shù)統(tǒng)計方法，并且著重研究一個物理參量隨凍融變化情況就可以了。接觸蠕變的研究揭示了混凝土的蠕變行為主要來自于漿體?；炷粱疚⒂^力學(xué)性能的研究為研究凍融循環(huán)奠定了基礎(chǔ)。用掃描電鏡和納米壓痕對不同凍融循環(huán)的混凝土樣品進(jìn)行研究時，采用了概率核密度估計的方法。結(jié)果顯示，混凝土受凍融循環(huán)影響下的力學(xué)行為也具有多尺度性。500nm尺度下，漿體繼續(xù)水化導(dǎo)致高密度水凝膠進(jìn)一步形成；10um尺度下，微裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展導(dǎo)致宏觀斷裂能量降低。從混凝土的多尺度力學(xué)行為研究

5、可以得出如下結(jié)論，多尺度材料的力學(xué)行為具有多尺度性，需要從不同的尺度來進(jìn)行研究。本研究利用納米壓痕深入探究了混凝土的微觀性能以及凍融循環(huán)導(dǎo)致的材料性能的變化。I上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文關(guān)鍵詞：納米壓痕，掃描電鏡，微觀力學(xué)性能，界面過渡區(qū)，凍融循環(huán)II上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文MICRO-MECHANICALPROPERTYCHARACTERIZATIONOFCONCRETEANDFREEZING/THAWINGEFFECTSABSTRACTExtremeclimatebringsthestructuraldurabilityofconcretetothespotlig

6、ht,andresearchintothedurabilityofconcrete,especiallyunderfreezing/thawing(F/T)cycleswillhavegreatimpactonengineeringaspects.Themacromechanicalpropertiesofconcretewhichisamultiscaleandmultiphasematerialdependonthemicroscalestructureandconstituentproperties.Thisstudyutilizesthenanoindent

7、ationtechniquetocharacterizethemicromechanicalpropertiesofconcreteincludingtheindentationmodulus,hardnessandcreepratio.Statisticalanalysisisusedtoanalyzetheexperimentaldata,anditfindsthatthedifferencebetweentheaggregateandcementpasteisquitelarge,providingthebasisfordeterminingtheinte