水泥基復(fù)合材料高溫劣化與損傷

內(nèi)容概要

《水泥基復(fù)合材料高溫劣化與損傷》主要介紹高溫微細(xì)觀損傷理論研究及其在水泥基復(fù)合材料高溫?fù)p傷中的應(yīng)用，系統(tǒng)闡述當(dāng)前水泥基復(fù)合材料熱損傷的國(guó)際最新研究成果?！端嗷鶑?fù)合材料高溫劣化與損傷》共分八章，主要內(nèi)容包括：材料熱損傷的物理與數(shù)值試驗(yàn)技術(shù)，持續(xù)高溫與荷載作用下材料力學(xué)性能演化規(guī)律，高溫下材料微細(xì)觀形貌和裂紋演變規(guī)律，水泥基復(fù)合材料高溫抗壓、開(kāi)裂與損傷、爆裂過(guò)程規(guī)律與機(jī)理等。
《水泥基復(fù)合材料高溫劣化與損傷》可供土木工程、材料科學(xué)與工程、交通運(yùn)輸工程等專業(yè)的科研人員、設(shè)計(jì)人員、規(guī)范編制人員使用，也可作為高年級(jí)本科生和研究生的參考用書。

書籍目錄

序前言符號(hào)表第1章 緒論1.1 研究背景1.2 水泥基復(fù)合材料1.2.1 水泥基復(fù)合材料定義1.2.2 水泥基復(fù)合材料組成與種類1.3 水泥基復(fù)合材料熱劣化和損傷研究現(xiàn)狀1.3.1 水泥基材料高溫?fù)p傷研究發(fā)展現(xiàn)狀1.3.2 水泥基材料高溫劣化與損傷機(jī)理分析1.4 水泥基復(fù)合材料熱劣化與損傷研究方向小結(jié)參考文獻(xiàn)第2章 水泥基復(fù)合材料高溫力學(xué)性能劣化行為2.1 概述2.2 高溫力學(xué)性能試驗(yàn)方法2.2.1 高溫后材料力學(xué)行為試驗(yàn)方法2.2.2 高溫作用下材料力學(xué)行為試驗(yàn)方法2.2.3 高溫作用下材料熱徐變?cè)囼?yàn)方法2.3 材料高溫殘余力學(xué)性能2.3.1 水膠比影響2.3.2 摻合料影響2.3.3 聚合物合成纖維影響2.4 材料高溫?zé)岱€(wěn)態(tài)力學(xué)性能2.4.1 試驗(yàn)方法與材料設(shè)計(jì)2.4.2 無(wú)外荷載溫升試驗(yàn)(UT)2.4.3 恒載溫升試驗(yàn)(ST)2.5 材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的溫度相關(guān)性2.5.1 無(wú)外荷載溫升殘余性能試驗(yàn)(URT)2.5.2 無(wú)外荷載溫升試驗(yàn)(UT)2.5.3 恒載溫升試驗(yàn)(ST)2.5.4 破裂模式分析小結(jié)參考文獻(xiàn)第3章 水泥基復(fù)合材料孔隙結(jié)構(gòu)高溫劣化特性3.1 概述3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征3.3 水化物高溫分解與孔隙粗化3.3.1 水化物脫水和分解機(jī)理3.3.2 孔隙粗化機(jī)理3.3.3 水膠比對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)演化影響3.3.4 摻合料對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)演化影響3.4 孔隙結(jié)構(gòu)高溫演化與力學(xué)性能3.4.1 孔隙率與材料強(qiáng)度3.4.2 孔隙率與材料彈性模量3.5 孔隙粗化對(duì)介質(zhì)輸運(yùn)性能影響3.5.1 介質(zhì)輸運(yùn)性能及機(jī)理3.5.2 溫度水平對(duì)介質(zhì)輸運(yùn)性能的影響3.5.3 介質(zhì)輸運(yùn)性能與耐久性小結(jié)參考文獻(xiàn)第4章 水泥基復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)高溫演化規(guī)律4.1 概述4.2 高溫?fù)p傷與開(kāi)裂的SEM試驗(yàn)方法4.2.1 試驗(yàn)方法發(fā)展?fàn)顩r4.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)4.2.3 試驗(yàn)設(shè)備4.2.4 材料和試件4.3 水泥凈漿材料微細(xì)觀形貌4.3.1 硬化水泥凈漿高溫細(xì)觀形貌4.3.2 水化物微細(xì)觀熱開(kāi)裂4.4 水泥砂漿材料微細(xì)觀形貌4.4.1 高溫作用下微細(xì)觀形貌演化4.4.2 高溫后微細(xì)觀形貌4.4.3 骨料與硬化水泥凈漿相互作用的開(kāi)裂機(jī)理4.5 水泥基材料力學(xué)性能高溫劣化4.5.1 水泥基材料高溫強(qiáng)度與彈性模量4.5.2 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線小結(jié)參考文獻(xiàn)第5章 水泥基復(fù)合材料高溫爆裂性能5.1 概述5.2 爆裂類型與影響因素5.2.1 爆裂定義與類型5.2.2 混凝土爆裂影響因素5.3 爆裂成因與機(jī)理5.3.1 孔隙水(汽)壓力學(xué)說(shuō)5.3.2 熱應(yīng)力學(xué)說(shuō)5.3.3 熱開(kāi)裂學(xué)說(shuō)5.4 爆裂防護(hù)方法5.4.1 爆裂防護(hù)方法5.4.2 爆裂防護(hù)機(jī)理5.4.3 防火標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范小結(jié)參考文獻(xiàn)第6章 水泥基復(fù)合材料熱損傷理論與數(shù)值試驗(yàn)方法6.1 概述6.2 材料非均勻性及數(shù)學(xué)模型6.2.1 多相復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)化6.2.2 材料非均勻性及表征模型6.2.3 基于Monte-Carlo法的數(shù)值材料試件生成方法6.3 細(xì)觀熱損傷模型(TMED)6.3.1 宏觀非線性與微細(xì)觀行為準(zhǔn)則6.3.2 熱損傷變量及一般表述6.3.3 熱力損傷和熱分解損傷6.3.4 熱彈性損傷模型6.3.5 材料均質(zhì)度系數(shù)h取值方法6.4 熱-水-應(yīng)力耦合的細(xì)觀損傷模型(THMD)6.4.1 模型理論基礎(chǔ)和基本假設(shè)6.4.2 多場(chǎng)耦合模型的基本方程6.4.3 細(xì)觀單元損傷演化及誘致滲流、熱力學(xué)特性的演變6.5 熱應(yīng)力有限元分析6.5.1 有限單元法基本原理6.5.2 彈性力學(xué)問(wèn)題的有限元分析6.5.3 彈性力學(xué)的有限元格式6.5.4 熱傳導(dǎo)問(wèn)題的有限元分析6.5.5 飽和滲流問(wèn)題的有限元分析6.5.6 飽和混凝土細(xì)觀溫度-滲流-應(yīng)力-損傷耦合問(wèn)題有限元分析6.6 高溫?fù)p傷的數(shù)值試驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)6.6.1 數(shù)值試驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)6.6.2 數(shù)值試驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)組成6.6.3 數(shù)值試驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)工作流程6.6.4 溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的驗(yàn)證實(shí)例小結(jié)參考文獻(xiàn)第7章 水泥基復(fù)合材料熱開(kāi)裂成因機(jī)理7.1 概述7.2 材料熱變形差異與熱開(kāi)裂7.2.1 材料非均勻性與熱應(yīng)力分布7.2.2 相材料熱變形差異屬性與熱開(kāi)裂模式7.2.3 材料非均勻性與熱開(kāi)裂7.3 溫度梯度與熱開(kāi)裂7.3.1 數(shù)值試件與試驗(yàn)設(shè)計(jì)7.3.2 單一相材料溫度梯度與熱開(kāi)裂7.3.3 多顆粒水泥基復(fù)合材料溫度梯度與熱開(kāi)裂7.4 溫度相關(guān)性與熱開(kāi)裂7.4.1 相材料物理力學(xué)性能的劣化規(guī)律7.4.2 數(shù)值試件與邊界條件7.4.3 單一相材料熱開(kāi)裂7.4.4 兩相多顆粒水泥基復(fù)合材料熱開(kāi)裂7.5 孔隙水汽壓力與熱開(kāi)裂7.5.1 數(shù)值試件與試驗(yàn)設(shè)計(jì)7.5.2 孔隙水壓力場(chǎng)高溫演變規(guī)律7.5.3 熱開(kāi)裂的孔隙水壓力作用機(jī)理小結(jié)參考文獻(xiàn)第8章 水泥基復(fù)合材料熱損傷數(shù)值試驗(yàn)研究8.1 概述8.2 FRP混凝土保護(hù)層熱開(kāi)裂8.2.1 概述8.2.2 數(shù)值試件與試驗(yàn)設(shè)計(jì)8.2.3 單筋混凝土熱應(yīng)力分布及誘致開(kāi)裂8.2.4 多筋混凝土熱爆裂8.3 單軸壓縮破裂過(guò)程及其機(jī)理研究8.3.1 概述8.3.2 數(shù)值試件與試驗(yàn)設(shè)計(jì)8.3.3 應(yīng)力-應(yīng)變行為8.3.4 破裂模式8.3.5 從脆性到延性的高溫劣化機(jī)理8.4 熱開(kāi)裂與爆裂8.4.1 概述8.4.2 數(shù)值試件與試驗(yàn)設(shè)計(jì)8.4.3 熱開(kāi)裂方式與爆裂類型8.4.4 爆裂影響因素與發(fā)生機(jī)理小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   本章總結(jié)水泥基材料孔隙結(jié)構(gòu)高溫演化規(guī)律，闡述了水化物高溫分解及其誘致孔隙結(jié)構(gòu)演化的成因機(jī)理，分析了孔隙結(jié)構(gòu)演化及其對(duì)水泥基材料力學(xué)和介質(zhì)輸運(yùn)能力的影響作用規(guī)律。常溫下孔隙結(jié)構(gòu)特征及孔隙率是影響水泥基材料物理力學(xué)性能的主要指標(biāo)，由于骨料和水泥凈漿屬性差異，加之二者界面區(qū)屬性的影響，水泥凈漿、水泥砂漿和混凝土材料的孔隙特征和孔隙率規(guī)律均不相同，材料宏觀物理力學(xué)屬性和孔隙率之間關(guān)系復(fù)雜。高溫作用下，水泥基材料經(jīng)歷了干燥失水、水化物高溫分解、骨料石英相變等物理和化學(xué)作用，不僅導(dǎo)致了微細(xì)觀形貌的變化，也導(dǎo)致了孔隙結(jié)構(gòu)演變。微細(xì)觀形貌變化體現(xiàn)在水化物形態(tài)改變、石英相變、水化物高溫分解誘致開(kāi)裂等一系列現(xiàn)象；孔隙結(jié)構(gòu)演化主要體現(xiàn)在孔隙周邊水化物疏松、孔隙擴(kuò)容、孔隙連通性提高等一系列現(xiàn)象，稱為孔隙粗化。微細(xì)觀形貌變化使得水化物黏結(jié)力下降，孔隙粗化提高了孔隙率，這兩種作用決定了材料宏觀物理力學(xué)性能。所以，單一用孔隙結(jié)構(gòu)粗化演變?nèi)ト婷枋霾牧衔锢砹W(xué)行為仍具相當(dāng)難度，二者之間不存在簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系。 基于水化物高溫分解原理，本章運(yùn)用環(huán)境掃描電鏡（ESEM）和壓汞儀（MIP），有機(jī)結(jié)合材料化學(xué)、顯微圖像學(xué)和孔隙學(xué)，深入分析了水泥凈漿孔隙高溫粗化過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，不僅釋放吸附水和蒸發(fā)水會(huì)增加孔隙率，水化物分解也會(huì)造成孔隙擴(kuò)容和孔隙連通性增加。前者在300℃前發(fā)揮主要作用，而后者主要是在300℃后發(fā)揮作用。需要強(qiáng)調(diào)的是，高溫不僅造成孔隙率增加，也會(huì)通過(guò)孔隙粗化提高毛細(xì)孔孔徑，提高孔間連通性，這些均會(huì)導(dǎo)致材料滲透性能的大幅度提高。這意味著，經(jīng)歷高溫作用后的水泥基材料更容易受到外界環(huán)境侵蝕，耐久性快速下降。這是本章關(guān)注高溫孔隙粗化的主要原因之一。 孔隙結(jié)構(gòu)隨著溫度增加發(fā)生劣化。孔隙總體積增加，毛細(xì)孔隙的細(xì)密度降低，大孔／小孔體積比率增幅加大，但曲線分布形態(tài)變化不顯著。閾值孔徑和最可幾孔徑提高，連通孔徑增大，水泥漿體材料的滲透性變大。在常溫條件下，孔隙率提高30％，透氣性提高輕微；當(dāng)孔隙率提高60％，透氣性提高近一倍。在高溫條件下，孔隙率從10％（105℃）提高到12。8％（450℃），透氣性將提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 低水膠比混凝土孔隙率雖然低于高水膠比混凝土，但是在高溫下孔體積增幅快，相應(yīng)的抗?jié)B性劣化速度也明顯高于高水膠比混凝土。低水膠比材料大孔增幅速率高于高水膠比材料，在600℃時(shí)，水膠比為0。6、0。35和0。28的混凝土內(nèi)大于1300nm的孔隙體積，分別是室溫下的2。8倍、4。26倍和3。52倍。水化物分解和孔隙結(jié)構(gòu)粗化規(guī)律可為破解材料復(fù)雜高溫宏觀劣化現(xiàn)象的成因提供有效途徑。在不同溫度水平下，混凝土高溫應(yīng)力—應(yīng)變曲線斜率（表征彈性模量）具有差異性小的特征（參見(jiàn)2。5節(jié)中ST測(cè)試結(jié)果），其成因可能是：初始荷載壓縮了孔隙粗化新增空間，提高了材料致密性，進(jìn)而縮小了各溫度水平下材料彈性模量差異。

編輯推薦

《水泥基復(fù)合材料高溫劣化與損傷》試圖通過(guò)采用簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)力學(xué)方法去描述復(fù)雜現(xiàn)象，并且堅(jiān)信這是解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜、邊界條件復(fù)雜、開(kāi)裂規(guī)律復(fù)雜的熱劣化／損傷問(wèn)題的有效途徑之一。

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