基于DVC的硬化水泥浆体在湿度梯度下干缩变形研究

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水泥基材料是目前应用最广泛的建筑材料,其耐久性是业内关注的焦点,特别是干缩及其导致的开裂问题。虽然文献上对水泥基材料的干缩进行了大量系统的研究,然而多数研究还侧重于干缩的现象及规律,而研究方法通常是通过在提前制定的湿度条件下平衡并测量得到整体干缩应变。这不仅忽略了不同干燥条件之间的湿度区间,更重要的是,对整个样品的平均干缩变形没有考虑到内外干燥不同的影响。另外,在干缩机理方面一直存在争议,特别是几种机制的湿度作用范围及程度尚未得到共识。本文以硬化水泥浆体的干缩为研究对象,利用数字体积相关法(Digital Volume Correlation,DVC)获得的变形场以及湿度模型回归得到的湿度场来探究干缩应变与湿度的关系,有望进一步认识水泥的干缩机理。首先使用湿度传感器监测在50%RH干燥环境下硬化水泥浆体内部在纯一维干燥情况下的湿度随时间的变化,结合湿度预测模型得到相关参数,进而获得硬化水泥浆体内部任意位置随干燥时间的湿度场。然后,借助高分辨X射线计算机断层成像(X-Ray Computed Tomography)技术得到硬化水泥浆体变形前后的三维图像数据,将其作为DVC算法的输入数据,计算得到水泥在50%RH环境下干燥的全场变形,这是以往静态干缩测量所无法观察到的。最后,根据相同位置处的湿度与应变进行匹配,以得到水泥干缩应变与湿度的联系。结合水泥内部的湿度场与应变场,本研究的主要科学发现如下:(1)在干缩应变和湿度间的映射上,发现了干缩随湿度的变化并不总是线性的。在80-100%RH范围内,由于毛细驱动作用的减小以及弹模增大等原因,应变随湿度变化率逐渐减小。在80%RH以下,C-S-H结构重组加剧,主导了干缩变形,增大了应变随湿度的变化率。当湿度降低至70-74%RH时,应变不再随湿度地降低而变化,这可能是由于毛细力的消失及凝胶孔的本征结构所导致。(2)发现了在硬化水泥浆体干缩过程中,通过不同干燥制度达到同一湿度时的应变存在差异,这说明了干缩并不仅仅是湿度的状态函数,而且与干燥过程有关,本文据此提出干缩历史效应并进行了初步的分析。
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