饱水状态下水泥浆体冰冻破坏的数值模拟

摘要

在我国北方等气候严寒地区，水泥基复合材料的冰冻破坏是关系到土木工程结构耐久性和服役寿命的重要因素之一。为了研究水转化为冰所带来的体积膨胀对水泥浆体的微观结构的危害，量化微观结构的内部损伤，本文建立了一个饱水状态下水泥浆体的冰冻破坏模型。首先使用模拟水泥浆体的微观结构的数值模型(HYMOSTRUC3D)生成一个模拟结构，然后根据这个模拟结构中的孔结构，分析水分在孔隙中发生的相转变，最后将含有冰、水和水化产物的水泥浆体微观模拟结构转变为三维格构结构(three-dimensionallattice structure)，并把水分发生相变时产生的体积膨胀引入其中，从而分析格构结构的受力及断裂，最后得到水泥浆体微结构内部微裂缝的分布。该模型真实反映了冰冻作用对微观结构的破坏，模拟结果显示微裂缝产生在由水转变为冰的孔隙周围的抗拉强度低的固相水化产物中。