周期性温变作用下孔隙冰晶生长过程及其诱导水泥基材料导热系数演化

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水泥基材料导热系数是表征其热学性能的重要参数,同时也是大体积混凝土温度场及温度应力场分析的关键热力学指标。因此,精确确定其导热系数对混凝土结构热传导分析从而对温度裂缝进行预测和控制至关重要。为此,本文对周期性温变条件下水泥基材料导热系数试验及模型进行了较为全面的研究,旨在为寒区大体积混凝土温度场仿真计算提供计算依据,具体如下:
  (1)利用投影寻踪回归(PPR)无假定建模技术对影响水泥基材料导热系数影响因素进行权重程度分析,结果表明:温度、饱和度是影响最大的两个因素,而饱和度又与水胶比密切相关,故试验设计选取温度、饱和度、水灰比作为主要影响因素。
  (2)相同条件下,通过水泥砂浆电阻率高频测试与导热系数低频测试相结合,分析二者在周期性温变条件下的变化规律及相关性,采用建模与检验样本合格率相一致的精度检验法来确定模型的可靠性,以此,对周期性温变条件下水泥砂浆导热系数变化规律进行分析。试验结果表明:周期性温变条件下水泥砂浆导热系数与电阻率变化均与温度呈负相关性;水泥砂浆导热系数与电阻率存在着良好的指数性关系,且该模型能较好地刻画出水泥砂浆导热系数在周期性温变条件下的演化规律,证明了利用电阻率高频测试来获取水泥砂浆导热系数试验数据的可行性。
  (3)基于细观复合材料理论,结合两相复合材料导热系数计算模型,建立周期性温变条件下水泥基材料导热系数计算模型;利用电阻率法的结冰量模型,分析周期性温变条件下水泥砂浆孔隙冰晶生长过程;其次,利用压汞仪微观试验,获取周期性温变条件下孔隙结构变化特征,以此从微观角度上阐述水泥砂浆导热系数演化机理。结果表明:周期性温变条件下水泥基材料导热系数计算模型计算精度高,可靠性好;水灰比、孔隙结构(孔隙率、孔径大小及其分布)对水泥砂浆在周期性温变条件下的结冰量有着重要影响,其孔隙结构变化及其诱导的孔隙冰晶生长是水泥砂浆导热系数演化的本质原因。
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