基于X-CT的C60高性能混凝土高温细观结构损伤研究

采用X射线计算机断层扫描(X-CT)技术,对20～600℃下C60高性能混凝土(HPC)和掺0.2%聚丙烯纤维C60高性能混凝土(PPHPC)的细观结构进行试验研究,旨在分析高温及聚丙烯纤维对高性能混凝土内部细观结构损伤及劣化衍化的影响,揭示高性能混凝土高温爆裂及聚丙烯纤维改善其高温性能的机理.结果表明:随着温度的升高,混凝土的孔隙率、平均孔径不断增加,裂缝长度、宽度、面积及周长均有所发展,内部细观结构不断劣化,抗压强度随之降低;400℃高温作用后,PPHPC内部孔隙数量较HPC有所增加;X-CT图像直观表明PPHPC劣化滞后于HPC,PPHPC孔隙增长率及抗压强度损失率均较HPC低;受火温度与缺陷率是影响混凝土强度的主要因素,掺聚丙烯纤维可以改善HPC的高温性能.     

基于图像统计的带预制缺陷混凝土破坏机理

采用计算机断层扫描(CT)、声发射(AE)和数字图像处理(DIP)的建模方法,对含聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒的预制缺陷混凝土单轴加载破坏过程进行研究,分析了内部缺陷对裂缝扩展的影响,揭示裂缝扩展机理,并提出了缺陷混凝土结构细观建模方法.结果表明:裂缝首先出现在混凝土角部及距外部较近的宏观缺陷处,劈裂型裂缝对承载力影响严重,张开型裂缝多出现在水平投影最大的宏观缺陷处;通过CT扫描证实了采用聚苯乙烯泡沫颗粒预制缺陷方法的合理性,建立的模型能够准确描述缺陷混凝土的力学行为,验证了细观模拟与力学试验的一致性.     

基于CT和声发射的混凝土材料细观破坏研究

为了描述混凝土材料细观损伤破坏过程,将单轴压缩下混凝土试块的CT实验和声发射损伤定位实验相结合,利用Amira三维重建软件,统计单轴压缩下混凝土试件不同应力阶段的孔隙体积和孔隙质量中心坐标。研究表明:单轴压缩下的混凝土试块经历弹性孔隙压缩阶段,裂纹稳定拓展阶段和裂纹非稳定拓展三个主要变形阶段,试块损伤从散乱无序到逐渐有序,丰富了定量描述混凝土细观破坏过程的有效手段,为进一步探索混凝土材料细观破坏的机理奠定基础。     

基于CT图像的混凝土细观损伤数值模拟研究

针对混凝土细观损伤机理进行了研究,将混凝土看作由骨料、砂浆和孔隙组成的细观多相复合材料,通过CT技术对其单轴压缩损伤机制进行了分析,并对所得结果处理后通过MIMICS软件建立了相应三维细观模型,结合ABAQUS工具进行了数值模拟研究.结果表明:数值模拟得到的混凝土损伤图可以较好地反映混凝土试件单轴受压的整个损伤过程;混...     

混凝土缺陷研究综述

混凝土以其抗压强度高、耐久性能好和可塑性强等优点,在实际生产生活中得到广泛应用,但由于其组成材料的特殊性以及施工过程的复杂性使得其存在一定的缺陷.根据混凝土缺陷的特征和特征尺寸将混凝土缺陷分为宏观缺陷、细观缺陷和微观缺陷,介绍了混凝土缺陷常用的检测方法、研究方法等,提出应从改进施工技术、改进混凝土材料等方面来降低混凝土缺陷出现的概率.     

细观初始孔隙缺陷对混凝土力学性能的影响

采用不同尺寸的EPS颗粒预制混凝土的初始孔隙率及初始孔径尺寸,系统开展4种初始孔隙率和5种初始孔径尺寸下混凝土的轴心抗压强度和弹性模量试验研究,并基于数值统计原理分析含初始缺陷混凝土力学性能的影响规律.结果表明：混凝土的轴心抗压强度和弹性模量降幅随初始孔隙率的增加呈近似线性上升趋势,混凝土的轴心抗压强度降幅随着初始孔径尺寸的增加呈近似对数上升趋势.同时考虑初始孔隙率和初始孔径尺寸的影响,混凝土在初始小孔径、高孔隙率下的损伤度低于其在初始大孔径、低孔隙率下的损伤度.相较初始孔径尺寸,初始孔隙率对混凝土轴心抗压强度和弹性模量的损伤更为显著.     

基于CT图像的混凝土细观结构的有限元重建

基于CT扫描得到的图像,结合图像数字处理技术,对混凝土的真实细观结构进行了重建,并将其导入有限元软件之中,建立了更能准确表征混凝土细观非均质性的二维数值试件,尤其是考虑了孔隙对混凝土拉应力分布的影响,从而弥补了传统数值方法中采用虚拟随机混凝土骨料模型的不足.通过几种不同情况的劈裂试验的对比.可以发现,是否考虑非均质性和孔隙将会对计算结果产生很大的影响,考虑了混凝土的非均质性和孔隙后,拉应力分布并不是均质条件下的中心对称均匀分布,而是有大量应力集中现象,主要出现在骨料、砂浆基质和孔的交界处,拉应力沿加载方向呈波动状变化,最大拉应力出现在孔隙和砂浆基质的交界处,而不是出现在沿加载方向直径的中心附近.     

基于CT扫描试验及数字图像处理的混凝土宏细观建模研究

混凝土的宏观性能指标与内部细观结构紧密相关,探寻混凝土细观结构参数与宏观性能指标及其破坏特性之间的关系一直是多领域关注的热点问题。基于CT断层扫描技术观测混凝土内部细观结构并通过数字图像处理技术和提取细观参数构建宏细观结合的混凝土分析模型是近年来颇受关注的新途径。综述了目前国内外基于CT扫描与数字图像处理技术进行混凝土宏细观建模的相关研究进展,提出细观结构探测、数字图像处理以及宏细观建模的关键问题和发展方向。     

基于图像分析的透水混凝土孔隙研究

通过对透水混凝土试块打磨并拍摄图像,利用MATLAB、IMAGE PROPLUS与IMAGE J对透水混凝土截面孔隙进行二值化处理与分析,获得孔隙面积、分形维数等参数,分析骨料粒径、水灰比对等效孔径大小及分形维数的影响,并研究了孔隙分形维数与实测孔隙率的关系.结果表明,粗骨料最大粒径和透水混凝土的目标孔隙率是影响透水混凝土内部孔径及分形维数的主要因素,而水灰比对其影响很小.实测孔隙率能达到目标孔隙率的85％以上,与孔隙分形维数呈现良好的线性关系.     

基于数字图像的混凝土力学性能细观研究现状

综述了基于数字图像研究混凝土细观力学性能的现状,比较了各类型细观图像的获取、处理手段、研究方法及研究成果,并对该研究方向进行了展望。     

基于CT扫描的混凝土三维细观数值模拟

利用CT对混凝土试件进行扫描,借助MIMICS软件对扫描图像进行三维重构,得到了混凝土三维几何模型;对不同配合比的混凝土与水泥砂浆试件进行了力学试验,得到了数值模型的力学参数;基于所得混凝土三维数值试件参数,在ABAQUS软件中利用塑性损伤模型模拟了混凝土三维数值试件的单轴拉、压加载过程,并将数值模拟结果与试验结果进行了比较。结果表明:该三维数值模型具有合理性。     

基于细观模型的混凝土力学性能研究进展

通过细观模型预测方法建立了混凝土骨料特性与宏观力学性能的联系,可实现混凝土力学性能的预测。归纳了混凝土细观模型的主要结构形式及建模方法,总结了骨料体积率、形状、粒径尺寸等对混凝土静、动态力学性能的影响规律,阐述了骨料体积率、分布形式、粒径尺寸等因素对混凝土强度与弹性模量的影响程度。提出了细观模型预测混凝土宏观力学性能研究中待解决的问题。     

基于CT技术的掺锂渣再生混凝土孔隙结构特征

利用计算机层析成像(CT)技术对不同再生骨料(RCA)替代率与锂渣(LS)掺量再生混凝土试件的孔隙结构特征进行识别,基于计算机图像处理技术与三维(3D)建模提取并分析了二维(2D)/3D孔隙结构的特征参数,同时利用灰色关联理论探究孔隙结构特征参数对混凝土抗压强度的影响程度.结果表明:LS的加入可以优化再生混凝土的孔隙结构,促进内部结构致密化与孔隙分布均匀化;1～2 mm2孔隙表面积分布、平均密实度、平均球体度与抗压强度的灰色关联度均在0.85以上,表明孔隙结构参数与抗压强度关联性较好.     

基于CT图像的混凝土单轴压缩裂隙与应变场分析

利用X射线计算机层析术(CT)对混凝土试件单轴压缩过程进行原位扫描,获得了不同荷载下试件的CT图像.通过对CT图像进行分析,获得了灰度均值及其均方差、孔隙率和计盒维数随荷载变化的规律.结合数字体散斑法(DVSP)获得了试件内部三维位移场与应变场.结果表明:试件内部不同尺度裂隙的发展导致灰度均值及其均方差、孔隙率和计盒维数发生相应的变化,灰度均值及其均方差可以揭示小于CT尺度裂隙的发展规律,孔隙率和计盒维数更适用于描述大于CT尺度裂隙的特征.试件内部的位移场与应变场能够直观地揭示出小于CT尺度微裂隙引起的应变局部化区域的产生及发展过程,为混凝土细观破坏机理研究提供了新方法.     

基于四叉树网格加密技术的混凝土细观模型

在建立混凝土细观模型常用的背景网格法基础上,基于平衡四叉树网格加密技术对混凝土的界面过渡区进行局部网格加密,给出了更为合理的反映界面过渡区组分的混凝土细观模型,并探讨了网格加密的程序化实施方案.所给出的混凝土细观模型可直接对界面单元赋予相对应的材料参数,改善了背景网格法中界面过渡区网格的锯齿状缺陷,能够更准确地反映界面过渡区的几何形态和材料性质.最后,通过数值算例证明了所提方法的合理性和可行性.     

基于孔结构参数的混凝土气体扩散模型

提出了一种反映混凝土孔结构特征的毛细管束几何模型,并运用分形维数表征了孔数目、孔隙率和曲折度等参数.通过水饱和度与气体有效扩散空间的关系,建立了考虑水饱和度影响的混凝土气体扩散模型,并运用该模型分析了水饱和度、水灰比和环境温度等对气体扩散系数的影响.结果表明:水饱和度是影响混凝土中气体扩散性能的一个主要参数,当水饱和度达到85%(质量分数)时,对气体扩散系数的影响最为显著.     

基于细观特征的泡沫混凝土导热系数有限元模拟

在泡沫混凝土孔结构实测参数的基础上,基于随机算法构建了泡沫混凝土代表性体积单元（RVE）模型,结合voxel网格技术,在周期性边界条件下模拟了泡沫混凝土的传热。结果表明：基于球体随机产生算法构建的RVE模型与泡沫混凝土的实测孔结构特征高度一致,孔径分布平均偏差最高为-2.0%,孔隙率平均偏差为-0.1%;基于voxel网格技术在周期性边界条件下求解出的泡沫混凝土导热系数模拟值与实测值的平均偏差仅为-3.1%,具有良好的可靠性。     

基于真实骨料形状库的混凝土细观数值模型

针对混凝土细观数值模型生成的骨料形状与真实骨料形状不一致及难以进行凹凸型骨料的侵入判断等问题,提出了一种基于真实骨料形状库的骨料数值生成方法。采用双判据准则直接对凹凸型骨料进行侵入判断,并提出一种两阶段细观有限元方法对混凝土试件进行网格剖分;采用VC++开发的混凝土力学性能细观数值模拟前处理软件对该方法进行了验证。结果表明:这种改进的骨料数值生成方法使细观数值模型更加接近实际混凝土试件,消除了外包络辅助几何体增加骨料占用面积对骨料填充率的影响,同时能够尽可能地用矩形单元对混凝土细观数值模型中的各相材料分别进行网格剖分。     

基于X-CT的泡沫混凝土孔隙结构与导热性能

为了研究不同密度泡沫混凝土的孔隙结构特征及其导热性能差异,使用X射线计算机断层成像技术（X?CT）对4种密度的泡沫混凝土试样进行扫描,实现了泡沫混凝土孔隙结构的三维重建.基于试样的孔隙特征及分布,利用Matlab软件随机生成代码建立了4种密度的泡沫混凝土模型,并在Comsol有限元软件中对其稳态传热进行了仿真模拟.结果表明：泡沫混凝土内部的孔径分布近似服从对数正态分布,随着密度的增大,试样的孔隙率和孔径随之减小,孔隙形状逐渐趋于球状;泡沫混凝土内部传热主要在水泥基体中进行,少部分热流会穿过小尺寸孔隙,而大尺寸孔隙增大了热流的传导路径,对泡沫混凝土的导热性能影响较大.