高性能水泥基建筑材料的性能及失效机理研究_研究成果

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高性能水泥基建筑材料的性能及失效机理研究

文章日期：2008-05-05 11:23文章来源：

本项目采用多重复合技术、优化材料组成结构，制备出五个系列性能优异的高与超高性能水泥基复合材料。系统研究并深层次揭示了高性能水泥基材料的防火、变形、疲劳和动态效应等关键技术性能，特别分析了活性掺合料对这些性能的影响规律、机理、正负效应及其定量计算方法，建立了新的试验方法系统、相应的本构方程和数学模型，为高性能水泥基材料结构设计提供科学依据。依据不同环境条件对多层次、多类型水泥基材料进行了加载与非加载、双重和多重破坏因素作用下损伤失效过程、规律、损伤叠加与交互作用，建立了新的耐久性评价体系和相应的三种寿命预测方法：基于损伤理论和威布尔寿命分布的数学模型、充实与完善了Ⅰ维、Ⅱ维、Ⅲ维氯离子扩散方程和损伤演化方程，采用先进理论、先进测试技术和计算机软件新系统，对水泥基材料水化前后界面过渡区进行了数值模拟，从本质上揭示了界面微结构形成机理；对地聚合物形成过程与机理进行了定量剖析；通过结构形成与损伤失效两个过程中大掺量活性掺合料对水泥基性能贡献的正负效应进行了定量分析并提出计算方法；深入揭示了在单一、双重和多重破坏因素作用下水泥基材料劣化过程与机理，发展了水泥基材料耐久性与寿命预测的基本理论。具体有：
（一）大掺量活性掺合料高性能水泥基建筑材料的制备新技术与基本性能
1.采用多重复合技术成功制备出低熟料（15％～30%）、低能耗、低收缩、高耐久大掺量活性掺合料高性能水泥基材料。
2.采用微粒细丝复合技术，充分发挥超细活性掺合料潜能与互补效应，制备出生态环保型活性粉末混凝土(ECO-RPC)。
3.优化材料组成，增加超细活性掺合料，使高性能纤维增强水泥基复合材料（HPFRCC）—渍浆纤维混凝土(SIFCON)和渍浆网片混凝土(SIMCON)走向生态化与绿色化，使各项力学行为提高到一个新水平。
4.不同尺度与不同性质的纤维混杂增强环保型水泥基材料的制备技术和基本性能。
5.具有超高耐久性能的地聚合物基材料制备技术和基本性能。
（二）高性能水泥基材料的防火性能、变形性能、疲劳性能和动态力学性能。
1.高强高性能混凝土防火性能、机理及数值模拟。
2.大掺量活性掺合料高性能混凝土收缩规律、机理及收缩模型。
3.大掺量活性掺合料高性能混凝土的徐变规律、机理及徐变方程。
4.大掺量活性掺合料高性能混凝土的疲劳损伤规律、机理及疲劳方程。
5. 高性能与超高性能钢纤维增强水泥基材料的动态力学行为、动态效应及本构方程。
（三）单一、双重和多重破坏因素作用下高性能水泥基材料的耐久性评价新体系和寿命预测新方法
1. 多重破坏因素作用下混凝土耐久性实验体系的建立。
2. 高性能水泥基材料在单一、双重和多重破坏因素作用下损伤失效过程的规律和特点。
3. 单一、双重和多重破坏因素作用下混凝土寿命预测新理论与新方法。
（1）基于损伤理论和威布尔分布的混凝土寿命预测理论和模型。
（2）考虑多种因素作用下的氯离子扩散理论和寿命预测新模型。
（3）基于损伤演化方程的混凝土寿命预测的理论和方法。
（4）基于水分迁移重分布的混凝土冻融循环劣化新理论、冻融寿命定量分析与评估模型。
（四）高性能水泥基材料结构形成全过程与损伤失效全过程的微观机理
1. 高性能水泥基材料早期结构形成的特点与机理。
2. 水泥基复合材料界面过渡区微结构的数值模拟及其形成机理。
3. 活性掺合料对水泥基材料产生高性能的细观与微观机理。
4. 在盐湖环境的单一、双重和多重破坏因素作用下OPC、APC和HSC的损伤失效机理。
5. 在盐湖环境的单一、双重和多重破坏因素作用下HPC的高耐久性形成机理。
6. 不同水泥基材料对氯离子的吸附（结合）规律与机理。
7. 地聚合物材料形成过程的分子模拟、反应机理及其结构本质。
8. 硫酸盐腐蚀过程中钙矾石（AFt）的生长特性与自身力学行为。

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