多孔生态混凝土(porous ecological concrete)作为一种环境友好型建筑材料,能够良好地应用于海绵城市建设中的透水路面设计与生态净化系统,成为我国建设“海绵城市”的主要依托环保材料之一。它是一种以水泥作为胶结材料,以粗骨料作为架构材料,内部具有连续大孔隙的特殊镂空骨架结构混凝土制品。因其具有良好的透水透气性与生物相容性,在节能环保、生态建设等方面将发挥出巨大的社会、经济效益。当前,我国对于多孔生态混凝土物理力学性能方面的研究已取得一定成果,但对其特殊孔隙结构与宏观性能之间关系的研究还未深入开展。本文基于课题组已有研究成果,利用普通混凝土细观数值模拟研究思路与方法,通过试验分析与三维细观数值模型的建立,对多孔生态混凝土在荷载作用下的损伤、裂缝发展规律进行了探讨。分析结果表明:压应力通过骨料纵向传播,上层存在孔隙的骨料区会产生拉应力,从而引发初始裂缝。裂缝最早发生在开口孔隙边缘的骨料上和骨料与砂浆的粘结薄弱区,然后沿着骨料的边缘进一步扩展,并与孔隙形成贯通,直至失稳破坏。基于蒙特卡罗法与碰撞检测算法,提出了二维随机骨料接触投放算法,为多孔生态混凝土随机骨料数值模拟研究提供模型基础。主要研究内容如下:(1)多孔生态混凝土的配合比与物理力学特性关系。基于基准配合比设计了试验配合比,对多孔生态混凝土有效孔隙率、抗压强度、抗折强度等参数进行试验测试,分析得出最佳水灰比,外加剂最佳掺量及各参数之间的关系,研究了受压过程中多孔混凝土的裂缝扩展与破坏形态。(2)多孔生态混凝土数字图像处理与三维有限元模型建立分析。采用数字图像处理技术与MATLAB程序,将多孔生态混凝土切面二维图像转化为三维空间数据体,利用有限元软件建立了基于真实细观结构的多孔混凝土三维数值模型,对多孔混凝土在荷载作用下的应力分布情况以及裂纹发展、贯通过程进行分析。(3)基于二维随机骨料接触投放算法的几何模型建立。基于蒙特卡罗法,利用MATLAB语言,通过对骨料之间最小距离求解,编写基于旋转、平移等基本操作的接触算法,生成多孔生态混凝土二维圆形与凸多边形随机骨料几何模型。本文通过建立基于真实图像数据的三维模型和二维随机骨料模型,对多孔生态混凝土宏观破坏机理进行探索。利用数值模型可以避开试验条件限制,开展各相材料参数对宏观力学性能影响的研究,对多孔生态混凝土的实际工程应用有一定指导意义。