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饱水水泥砂浆孔结构的低场磁共振测试分析

硅酸盐学报 2022年第5期50卷 1391-1400页

作者：杨振丽周春圣哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

由于水化硅酸钙(C-S-H)凝胶干缩湿胀,水泥基材料在干燥与含水状态下的孔结构差异显著且受干燥制度的影响,干燥状态下测量所得孔结构特征及其演化规律的代表性和准确性存疑。为深入揭示孔结构随水灰比演化的基础规律,以典型白水泥砂浆为... 详细信息

由于水化硅酸钙(C-S-H)凝胶干缩湿胀,水泥基材料在干燥与含水状态下的孔结构差异显著且受干燥制度的影响,干燥状态下测量所得孔结构特征及其演化规律的代表性和准确性存疑。为深入揭示孔结构随水灰比演化的基础规律,以典型白水泥砂浆为研究对象,利用低场磁共振和压汞法分别测试饱水和干燥时的孔结构特征,同时测量得到水分渗透率。结果表明:利用饱水时的离散孔径分布,基于平行毛细管束假设的经典Kozeny-Carman模型,可准确预测水分渗透率;水灰比对饱水砂浆孔结构和水分渗透率的影响规律基本一致。压汞测试所得孔径分布离散性较大,且难以反映水灰比影响规律,干燥状态下测试所得孔结构特征及据此建立的孔径分级方式具有明显局限性。由于孔结构全面影响硬化水泥基材料宏观性能,且低场磁共振技术能避免干燥预处理的显著影响,利用该技术实现饱水状态孔结构的测试分析对水泥基材料科学研究具有重要价值。

关键词：饱水水泥砂浆孔结构水灰比水分渗透率低场磁共振测试技术压汞法

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再生骨料影响混凝土渗透性的数值模拟

工程力学 2012年第12期29卷 204-210页

作者：周春圣李克非清华大学土木工程系教育部土木工程安全与耐久重点实验室北京100084

出于环境保护及经济方面的考虑,再生骨料在混凝土生产中得到越来越多的应用。混凝土可认为是由天然或再生骨料、多孔基体和界面过渡区三相组成的复合材料。基于随机骨料结构生成算法,建立了三相混凝土数值模型并应用于气体渗透性的分析... 详细信息

出于环境保护及经济方面的考虑,再生骨料在混凝土生产中得到越来越多的应用。混凝土可认为是由天然或再生骨料、多孔基体和界面过渡区三相组成的复合材料。基于随机骨料结构生成算法,建立了三相混凝土数值模型并应用于气体渗透性的分析。对于混凝土二维数值模型的稳态渗透问题,应用有限单元法求解压力场,并基于压力-流量的宏观等效关系计算混凝土材料的总体渗透率。数值分析结果表明:1)总体渗透率随过渡区厚度及其相对渗透率的增加而非线性地增长;2)由于骨料的存在而导致的稀释效应及曲折度效应是影响混凝土总体渗透性的两个重要因素;3)再生骨料渗透率对混凝土宏观渗透率的影响呈"S"形曲线的关系。出于控制回收骨料混凝土渗透性能的考虑,回收骨料的渗透率最好比砂浆基体的渗透率低一个数量级,同时回收骨料的掺量也需要合理选择确定。

关键词：气体渗透性过渡区再生骨料随机骨料结构有限单元法

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含裂纹夹杂多孔材料的渗透性理论与数值分析

工程力学 2013年第4期30卷 150-156页

作者：周春圣李克非清华大学土木工程系教育部土木工程安全与耐久重点实验室北京100084 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

多孔材料的裂纹网络对宏观渗透性的影响显著,正确描述裂纹网络对材料渗透率的影响具有重要的工程意义。该文将开裂多孔材料视作由多孔基体和裂纹夹杂二相组成的复合材料,基于细观力学理论模型中的相互作用直推法(IDD)给出了渗透率张量的... 详细信息

多孔材料的裂纹网络对宏观渗透性的影响显著,正确描述裂纹网络对材料渗透率的影响具有重要的工程意义。该文将开裂多孔材料视作由多孔基体和裂纹夹杂二相组成的复合材料,基于细观力学理论模型中的相互作用直推法(IDD)给出了渗透率张量的IDD理论解。为分析裂纹长度、密度、取向、间距和连通度等裂纹网络细观形貌参数对宏观渗透率的影响,该文使用具有周期结构的重复单元模型建立了二维数值分析模型,采用有限单元法进行数值求解并与IDD理论解进行了对比验证。理论研究表明,IDD理论模型采用单一的开裂密度指标来表征多孔介质的裂纹网络,在开裂密度不大时能够统一地描述裂纹长度、取向、平均横向间距和纵向间距等多个细观形貌指标对材料整体渗透性能的影响,具有良好的适用性和精度;数值分析表明,在裂纹网络的密度不断增大、裂纹相互趋近并最终连通的过程中,IDD理论解逐渐偏离数值解并低估裂纹间相互作用,此时材料渗透率与裂纹密度呈对数关系;网络裂纹一旦连通,整体渗透率则发生突变,此时渗透率的确定需要特别考虑连通裂纹之间的强烈近场相互作用。

关键词：多孔介质裂纹夹杂渗透性有效介质理论相互作用直推解

硅酸盐水泥水化动力学模型与试验方法研究进展

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硅酸盐学报 2022年第6期50卷 1728-1761页

作者：赵凯月张鹏孔祥明李好新赵海涛周春圣青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 清华大学土木工程系建筑材料所北京100084 同济大学材料科学与工程学院上海200092 河海大学土木与交通学院南京210098 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

水泥水化过程决定水泥基材料强度、耐久性等诸多性能,深入理解水泥水化机理具有重要的科学意义和工程价值。本工作回顾了硅酸盐水泥水化动力学模型的最新研究进展,评述了GEMS热力学计算、HymoStruc3D和CEMHY3D等水化数值模拟方法及其局... 详细信息

水泥水化过程决定水泥基材料强度、耐久性等诸多性能,深入理解水泥水化机理具有重要的科学意义和工程价值。本工作回顾了硅酸盐水泥水化动力学模型的最新研究进展,评述了GEMS热力学计算、HymoStruc3D和CEMHY3D等水化数值模拟方法及其局限性,总结了准弹性中子散射和核磁共振等先进测试手段在研究水泥水化过程中水态演变和孔结构发展中的具体应用,提出了该领域未来研究的趋势和挑战。

关键词：水泥水化数值模拟水态演变准弹性中子散射核磁共振

利用低场磁共振弛豫测孔技术预测水泥基材料的水分渗透率

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硅酸盐学报 2020年第11期48卷 1808-1816页

作者：谢恩慧周春圣哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为深入揭示水泥基材料渗透率与孔结构间的关系,以不同水灰比、不同温度水养的白水泥砂浆为研究对象,利用低场磁共振与压汞技术分别测试了砂浆在饱水与干燥状态下的孔径分布,并利用稳态渗透法测试其水分渗透率。结果表明:砂浆在饱水与干... 详细信息

为深入揭示水泥基材料渗透率与孔结构间的关系,以不同水灰比、不同温度水养的白水泥砂浆为研究对象,利用低场磁共振与压汞技术分别测试了砂浆在饱水与干燥状态下的孔径分布,并利用稳态渗透法测试其水分渗透率。结果表明:砂浆在饱水与干燥状态下的孔结构差异显著,临界孔径相差1个数量级左右,原因在于水化硅胶钙(C-S-H)凝胶具有显著的水敏性。经历56 d 80℃热水养护后,由于C-S-H凝胶高温老化加速,饱水砂浆的孔隙率及临界孔径显著增大,孔结构明显粗化,水分渗透率增大,对耐久性不利。干燥预处理对压汞测试所得孔结构的影响可能远超高温老化,在分析孔结构变化时必须考虑水敏性的影响,否则可能得出错误结论。将孔隙视作不同大小的毛细管束,经典Kozeny-Carman模型可基于低场磁共振测试所得饱水孔径分布曲线来准确预测水分渗透率,将比例系数取为1.09所得理论值与实测值的相对误差在[–42.7%,71.1%]范围内,预测精度接近极低渗透率测试的误差水平。

关键词：水泥砂浆水分渗透率孔结构低场磁共振水敏性

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加强层和楼层梁对框-筒结构侧移的影响

华中科技大学学报（自然科学版） 2006年第9期34卷 100-103页

作者：张仲先周春圣张杰韩琴华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074 深圳市赤晓组合房屋有限公司广东深圳518049

为弥补设置加强层的高层框架-筒体结构简化的结构力学分析模型存在的不足,基于同时考虑普通楼层梁和加强层作用、由最小势能原理推导出顶部加强框架-筒体结构侧移曲线解析表达式.结合算例,分析了普通楼层梁、加强层对结构侧移的影响程... 详细信息

为弥补设置加强层的高层框架-筒体结构简化的结构力学分析模型存在的不足,基于同时考虑普通楼层梁和加强层作用、由最小势能原理推导出顶部加强框架-筒体结构侧移曲线解析表达式.结合算例,分析了普通楼层梁、加强层对结构侧移的影响程度和规律;定量说明了普通楼层梁对结构侧移的影响是不容忽略的;探讨了设置加强层减小高层框架-筒体结构侧移的同时,尽量降低由此所带来的抗震不利因素影响的结构设计方法,并对加强层与内芯筒、普通楼层梁与内芯筒的相对线刚度取值提出建议,可供同类结构设计时参考.

关键词：框架-简体结构侧移加强层普通楼层梁加强层系数楼层系数

设置多道加强层的高层框—筒结构侧移分析方法

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设置多道加强层的高层框—筒结构侧移分析方法

作者：周春圣华中科技大学

学位级别：硕士

随着城市用地的越来越紧张及各类高新技术的不断发展，房屋建筑的高度不断增加。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)中规定的常规结构体系有时不能满足不断发展的高层建筑的需要。当结构高度较大时，框架-筒体结构作为高层建筑... 详细信息

随着城市用地的越来越紧张及各类高新技术的不断发展，房屋建筑的高度不断增加。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)中规定的常规结构体系有时不能满足不断发展的高层建筑的需要。当结构高度较大时，框架-筒体结构作为高层建筑结构采用的常规结构体系，其抵抗侧向风载及水平地震作用的刚度常存在不足。在框架-筒体结构中设置加强层能发掘和利用翼缘柱的整体抗弯能力，能较经济且有效地增大结构抗侧刚度、减小结构侧移。本文对设置加强层后框架-筒体结构在水平静载作用下的侧移特性、静力刚度、结构参数对结构抗侧刚度的影响、构件刚度匹配及结构优化方面进行了分析。论文首先介绍了高层框架-筒体结构中设置加强层的作用机理及理论分析模型、基本假设与分析方法;针对设置加强层的框架-筒体结构静、动力特性理论研究中存在的不足之处，提出了一种能考虑普通楼层梁及楼盖结构的影响，考虑加强层大梁、内筒及外柱的弯曲剪切作用的分析模型;在查阅文献基础上，提出对设置多道加强层框架-筒体结构进行静、动力分析的可行方法;在一定假设的基础上，基于所建立的分析模型和设想的分析方法，将普通楼层梁等效为沿高度方向均匀分布的连续介质，运用最小势能原理建立顶部加强子结构在任意水平分布静载、倾覆力矩及顶部集中荷载作用下的控制平衡方程;运用泛函变分法分析求得了子结构在以上三种侧向荷载作用下的侧移曲线解析式;在此基础上，可进一步求得设置多道加强层的框架-筒体结构在侧向荷载作用下的侧移曲线。在获得水平荷载作用下侧移解析解后，通过对一简单算例进行数值分析，对顶部设置加强层的框架-筒体子结构中普通楼层梁、加强层伸臂及外框柱等结构构件对结构整体抗侧刚度的影响进行了定性定量研究，同时对楼层梁、加强层、内筒及外框柱的刚度匹配进行了分析，从静力抗侧刚度角度对结构的特征参数进行了优化选择，并与实际工程紧密结合提出了具体的结构布置及设计概念、方法和原则。

关键词：框-筒结构加强层最小势能原理泛函变分连续化分析结构优化

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冻融循环作用下饱水砂浆孔结构的演变规律

硅酸盐学报 2021年第2期49卷 331-339页

作者：邢秉元程鹏宇唐继朋谢恩慧曾强周春圣国网天津市电力公司经济技术研究院天津300151 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 国网天津市电力公司天津300151 浙江大学建筑工程学院杭州310058

为揭示水泥基材料低温冻融孔结构损伤的演变规律,以饱水白水泥砂浆为研究对象,利用低场磁共振技术测试了砂浆试件在连续冻融循环作用下的孔结构。设计了20℃常规养护和80℃高温养护制度以改变砂浆的初始孔隙结构,随后对这两种相同配比... 详细信息

为揭示水泥基材料低温冻融孔结构损伤的演变规律,以饱水白水泥砂浆为研究对象,利用低场磁共振技术测试了砂浆试件在连续冻融循环作用下的孔结构。设计了20℃常规养护和80℃高温养护制度以改变砂浆的初始孔隙结构,随后对这两种相同配比、不同孔结构的砂浆进行快速和慢速冻融循环试验。结果表明:80℃高温养护会显著降低砂浆抗冻性,增大凝胶孔并提高粗毛细孔体积分数,但不会显著改变介观毛细孔的分布强度;与高温养护作用相反,冻融循环作用不会改变凝胶孔和粗毛细孔的分布强度,但能显著提高微裂纹的分布强度;80℃高温养护砂浆在冻融作用下的微裂纹体积增长速率显著高于20℃常规养护砂浆;冻融速率不会显著影响砂浆的孔径分布变化规律;砂浆内部微裂纹体积增大和质量损失增加呈双线性关系。砂浆内部冻融破坏和外部剥落均主要源自于微裂纹的产生和发展,与凝胶孔和粗毛细孔无明显相关性。

关键词：水泥砂浆孔结构抗冻性低场磁共振

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NMR与MIP测试结果的对比分析

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