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混凝土孔隙分形特征表征氯离子渗透性能研究

作　者: 张建波
导　师: 张文生
学　校: 中国建筑材料科学研究总院
专　业: 材料学
关键词: 混凝土孔隙分形表征氯离子渗透性强度
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

混凝土的孔隙具有分形特征,孔隙的分形特征对氯离子渗透性有较大影响,孔分形维数能综合反映混凝土孔隙的分形特征。本文采用图像分析与压汞分析等方法获取孔结构参数,在此基础上计算出混凝土孔隙面分形维数与体积分形维数,探讨了用孔分形维数表征混凝土氯离子渗透性能。研究表明,面分形维数代表的是混凝土大孔隙的粗糙程度,其变化范围在1到1.2之间,面分形维数越大,粗糙程度越大,面分形维数越小,其粗糙度越小,随着龄期的增长,其粗糙程度是越来越小的。体积分形维数代表的是混凝土孔隙分布的复杂程度,其变化范围在3到3.2之间,孔隙体积分布的复杂程度越高,其空间填充能力越强,细微孔隙占据的空间越多,对氯离子的阻碍作用越强。体积分形维数越大,这说明此时混凝土中布满均匀分布且互不连通的细微孔隙,氯离子很难在其中发生渗透。当石灰石掺量由10%到30%逐渐增加,混凝土孔隙的面分形维数开始呈现较大变化范围,此时的面分形维数与氯离子渗透性或强度的相关性也是逐渐增加的。当采用30%的掺量,不同掺和料(粉煤灰、矿渣、石灰石)的加入对面分形维数并无多大改变,但是混凝土的氯离子渗透性和强度却出现差别,其与面分形维数的相关性由高到低顺序为粉煤灰、矿渣、石灰石,这说明除面分形维数外,掺和料的活性也是相关性需要考虑的重要因素之一。对于体积分形维数而言,当石灰石掺量为10%时体积分形维数变化最大,掺量为20%和30%时依次降低,不同掺和料的体积分形维数变化程度由高到低依次为粉煤灰、矿渣、石灰石。不同的掺和料或者掺量的变化,其与氯离子渗透性或者强度的相关性大小,归结到底是看这种变化是否能使混凝土孔体积分形维数变化程度更大。另外,结合Katz-Thompson方程与Byung Hwan Oha有效氯离子渗透系数方程等,论文探讨了考虑混凝土孔隙分形特征的氯离子渗透理论模型与方程,通过该模型与方程能较好地解释混凝土分形维数与氯离子渗透性之间的关系。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 引言  8
  1.2 分形理论及其发展概况  8-11
  1.3 混凝土氯离子渗透性对耐久性影响  11-14
  1.4 混凝土孔分形特征与氯离子渗透性关系研究现状  14-15
  1.5 本文研究内容与意义  15-17
第2章原材料及试验方法  17-23
  2.1 原材料  17-19
    2.1.1 水泥  17
    2.1.2 石灰石粉  17-18
    2.1.3 粉煤灰  18
    2.1.4 矿渣  18
    2.1.5 拌合用水与标准砂  18-19
    2.1.6 化学外加剂  19
    2.1.7 混凝土用砂石材料  19
  2.2 试验方法  19-22
    2.2.1 孔结构测试方法  19
    2.2.2 氯离子渗透测试方法及比较  19-22
  2.3 小结  22-23
第3章混凝土孔隙断面分形特征与氯离子渗透性  23-42
  3.1 实验仪器  23
  3.2 图像分析法  23-28
    3.2.1 试样制备  24-25
    3.2.2 二值化处理过程  25-28
  3.3 断面分形维数计算方法  28-33
    3.3.1 面分形维数的计算方法  28-32
    3.3.2 面分形维数数据处理  32-33
  3.4 断面分形维数与龄期  33-36
    3.4.1 不同石灰石掺量下的混凝土断面分形维数及相关性能  33-35
    3.4.2 不同掺和料下的混凝土断面分形维数及相关性能  35-36
  3.5 断面分形维数与氯离子渗透性关系  36-38
    3.5.1 不同石灰石掺量的混凝土断面分形维数与氯离子渗透性  37-38
    3.5.2 不同掺和料的混凝土断面分形维数与氯离子渗透性  38
  3.6 断面分形维数与强度  38-40
    3.6.1 不同石灰石掺量的混凝土面分形维数与强度  39-40
    3.6.2 含不同掺和料的混凝土面分形维数与强度  40
  3.7 小结  40-42
第4章混凝土体积分形维数与氯离子渗透性  42-52
  4.1 Menger 海绵体模型  42-43
  4.2 孔体积分形维数计算方法  43-44
  4.3 体积分形维数与龄期  44-46
    4.3.1 不同石灰石掺量的混凝土孔体积分形维数  44-45
    4.3.2 掺不同掺和料的混凝土孔体积分形维数  45-46
  4.4 孔体积分形维数与氯离子渗透性  46-48
    4.4.1 不同石灰石掺量的混凝土孔体积分形维数与氯离子渗透性  47
    4.4.2 不同掺和料的混凝土孔体积分形维数与氯离子渗透性  47-48
  4.5 体积分形维数与强度  48-50
    4.5.1 不同石灰石掺量的混凝土孔体积分形维数与强度  49
    4.5.2 含不同掺合料的混凝土孔体积分形维数与强度  49-50
  4.6 小结  50-52
第5章混凝土孔分形特征影响氯离子渗透理论研究  52-61
  5.1 孔结构参数影响氯离子渗透理论进展  52-53
  5.2 图像分析与压汞分析  53-55
    5.2.1 图像孔隙率与压汞孔隙率  53-54
    5.2.2 图像分维与压汞分维  54-55
  5.3 孔结构分形特征影响氯离子渗透理论分析  55-59
  5.4 小结  59-61
结论  61-62
参考文献  62-66
攻读学位期间发表的论文情况  66-67
致谢  67

混凝土孔隙分形特征表征氯离子渗透性能研究

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