水泥基复合材料 - 高温劣化与损伤

Sep 29, 2026

本书系统阐述水泥基复合材料在高温作用下的热劣化与损伤机理，围绕水化物分解、热开裂形成发展及其耦合作用，给出微细观与宏观相结合的研究框架。通过高温伺服疲劳试验机与高温电子显微镜实现热开裂过程与形貌演化的实时观测，并结合环境扫描电镜、压汞与热力/相分析解析孔隙结构与成分高温演化规律。进一步引入材料非均匀性与细观损伤本构模型，研发热传导计算与稳态/非稳态数值试验技术，实现对强度、变形与爆裂行为的综合解释与对比验证。

LanguageChinese

CategoryResearch & Report

FormatPDF

Pages280

Reading Time11 h 46 min

AccessFree to download

内容简介

序

前言

第一部分：水泥基复合材料与高温劣化行为研究

第二部分：高温损伤机理与力学属性试验研究

第三部分：表征模型与数值试验方法

第四部分：物理试验与数值试验综合比较研究

FLEVATED TEMDERATURES CEMENT-BASED cOMPOSITES AT THERMAL DETERIORATION AND DAMAGE OF ●傅宇方唐春安著水泥基复合材料高温劣化与损伤 Digitized by the Internet Archivein 2024 https://archive.org/details/shuinijifuhecail000Ofuyu # 水泥基复合材料高温劣化与损伤 Thermal Deterioration and Damageof Cement-based Composites atElevated Temperatures 傅宇方唐春安著国家自然科学基金(编号：50778084,50408029)国家人事部留学回国人员科技活动择优资助项目交通运输部公路科学研究院创新基金请牛健教授惠存。傅宇方2014.8、1 科学出版社北京 ## 内容简介本书主要介绍高温微细观损伤理论研究及其在水泥基复合材料高温损伤中的应用，系统阐述当前水泥基复合材料热损伤的国际最新研究成果.全书共分八章，主要内容包括：材料热损伤的物理与数值试验技术，持续高温与荷载作用下材料力学性能演化规律，高温下材料微细观形貌和裂纹演变规律，水泥基复合材料高温抗压、开裂与损伤、爆裂过程规律与机理等. 本书可供土木工程、材料科学与工程、交通运输工程等专业的科研人员、设计人员、规范编制人员使用，也可作为高年级本科生和研究生的参考用书. 图书在版编目(CIP)数据水泥基复合材料高温劣化与损伤/傅宇方，唐春安著.—北京：科学出版社，2012 ISBN978-7-03-035238-5 I.①水…Ⅱ.①傅…②唐…Ⅲ.①水泥基复合材料-劣化-研究 ②水泥基复合材料-损伤(力学)-研究IV.①TB333 中国版本图书馆CIP数据核字(2012)第175015号责任编辑：胡凯曾佳佳/责任校对：刘亚琦责任印制：赵德静/封面设计：许瑞质新北京东黄城根北街16号邮政编码：100717 http://www.sciencep.com 8 源海印刷有限责任公司印刷科学出版社发行各地新华书店经销 2012年7月第一版开本：B5(720×1000) 2012年7月第一次印刷印张：171/4 字数：320000 定价：58.00元 (如有印装质量问题，我社负责调换) 序混凝土高温损伤是混凝土结构耐火研究的核心和前沿问题，该书从水化物分解、热开裂形成发展以及相互作用等方面，对混凝土高温损伤成因机理进行系统研究，并取得了一系列重要进展.首先，首次完成了水泥净浆和砂浆在高温作用下开裂过程的实时观测试验研究，从而证明了砂浆与净浆变形不协调是导致热开裂的主要原因，并进一步说明了砂浆材料高温作用下非线性变形的细观成因；其次，完成了混凝土高温损伤的数值试验研究，系统分析了骨料与水泥基质材料变形不协调与温度梯度诱发的热开裂演化过程以及对水泥基复合材料宏观力学行为的影响规律.最后，依据热开裂成长规律以及水汽压力研究成果，深入分析了混凝土高温爆裂成因，提出了热开裂与水汽压力耦合是导致爆裂的主要成因.书中主要研究成果均已在国际著名杂志上发表，研究成果具有原创性，达到国际领先水平. 在大量微细观和宏观高温试验基础上，该书提出了混凝土高温损伤的细观损伤模型，并以此开发了混凝土高温损伤的数值试验技术.不仅可从深层次上揭示复杂热损伤现象的成因机理，开展基础理论研究，而且还能够从材料配比优化、结构构造以及表面防护等方面研究结构耐高温性能，以不断提高结构耐火强度和高温稳定性.因此该书具有重要的理论研究和应用研究价值. 该书通过固体力学和材料科学的交叉，从微细观尺度对复合材料宏观尺度复杂热劣化/损伤现象成因机理进行了全新的阐述和分析.通过微细观高温试验，解析了水泥基材料宏观结构损伤演化规律及机理；利用深入浅出的数学和力学语言，建立了微细观尺度的热损伤模型，并结合现代高性能计算机技术，研发了用于探索复杂材料结构劣化的数值试验(numerical test)技术；区别于传统的数值模拟(numericalsimulation)技术再现已知现象，实现了复杂荷载、温度作用条件下，水泥基复合材料高温损伤过程数值试验，虚拟观测试验室内难以完成的复杂破坏现象. 该书研究成果建立在水泥基复合材料高温损伤的微细观和宏观试验基础上，通过引入复合材料空间变异特性和建立基于细观损伤力学本构模型，丰富和发展了水泥基复合材料高温细观损伤力学理论，成功开发了水泥基复合材料高温损伤过程研究的数值试验技术.并以此再现了宏观结构的复杂高温劣化、开裂和破坏的行为，实现了通过相对简单微细观力学行为去解读复杂的宏观现象的理念.该书必将有助于我国科学技术与工程界的同行大幅提升其创新与自主创新的能力和水平. 孩伟院士 2012年7月28日 ## 前言水泥基复合材料的高温损伤和破裂是一个极其复杂的力学和材料科学难题，由于试验测试技术和破裂计算理论方法的限制，长期以来，试验上一直难以突破变形测试和材料结构演化规律观测的瓶颈，理论上则限于简单边界条件和均匀介质假设的解析解和数值方法，无法开展材料结构热损伤过程及其对材料整体强度和变形行为影响的研究. 就水泥基复合材料热损伤及其过程研究的发展而言，需要克服和解决三大问题： (1)材料高温形变规律和热开裂过程试验观测技术. (2)材料结构属性空间变异性(非均匀性)的描述方法. (3)材料损伤开裂机理及细观热损伤本构模型. 本书通过引入材料非均匀性概念，即采用Weibull分布函数以表征材料物理力学性能空间非均匀性，将材料“真实”结构引入理论模型之中，以此实现材料本构关系(以及损伤、断裂准则)的简化，从理论上提出热损伤和开裂的细观表征模型与描述方法.并以高性能计算机为载体，以有限元技术为支撑，系统研发水泥基复合材料热损伤的数值试验技术，进而实现复杂结构和荷载作用条件下材料结构空间演化与整体变形过程的再现，为探索介质从连续状态向非连续状态演变，提供了思路和研究手段. 本书通过采用高温伺服疲劳试验机与高温电子显微镜技术，成功实现了热开裂过程和微细观形貌高温演化的实时观测，首次观察了高温作用下材料微细观结构形貌和开裂过程；基于环境扫描电镜和压汞技术，研究了材料孔隙结构的高温演化规律；采用相分析和能谱分析等技术分析了水化物高温分解与成分演化过程，基于水化物分解和热开裂解释了水泥净浆和水泥砂浆热损伤成因机理，较为系统和全面地从试验上证明了水化物分解和热开裂对于材料高温损伤的贡献与作用，为热损伤理论研究奠定了基础. 本书试图通过采用简化数学力学方法去描述复杂现象，并且坚信这是解决结构复杂、边界条件复杂、开裂规律复杂的热劣化/损伤问题的有效途径之一. 本书共分八章，主要研究内容分成四个部分：水泥基复合材料与高温劣化行为研究、水泥基复合材料高温损伤机理和力学属性试验研究、水泥基复合材料高温劣化与损伤的表征模型与数值试验方法、物理试验与数值试验综合比较研究. 第一部分由第1章构成，论述水泥基复合材料结构特点及其在基础设施建设中的地位与作用，简要回顾水泥基材料高温损伤行为与特征，总结当前国内外研究成果，分析水泥基复合材料高温力学性能演化规律与研究进展，指出高温持续作用下材料力学相应规律及其微细观演化机理是主要研究方向. 第二部分由第2章至第5章构成，分别通过微细观和宏观试验观测方法，阐述了高温孔隙结构劣化、水化物高温分解和矿物成分的高温相变对水泥基复合材料物理性能的影响，探索水泥基材料宏观高温损伤行为的微细观机理.从复合材料宏观力学性能角度出发，深入研究复合材料结构微细观形貌演化规律与热开裂模式，从试验上揭示材料高温损伤后强度与变形演化的微细观成因.论述混凝土高温爆裂现象特征与存在问题，结合热开裂观点和水汽压力研究成果，指出二者相互作用是诱致爆裂形成与演化的主要成因. 第三部分即第6章，通过将材料非均匀性引入计算模型，实现本构关系的简化，运用损伤力学和细观力学建立复合材料热劣化和损伤的细观损伤方程，研发稳态和非稳态热传导计算算法，并以此为基础研发了数值试验技术. 第四部分由第7章和第8章构成，通过对复杂材料结构和复杂荷载作用条件下水泥基复合材料热损伤过程数值试验研究，比对物理试验成果，对水泥基复合材料高温损伤成因机理、爆裂发生机理进行深入和全面论述，并对高温损伤防控措施提出建设性和指导性建议. 材料高温损伤与破坏是固体力学和材料科学领域的难题，需要在理论和试验上不断突破和创新才能持续发展.本书是作者多年在水泥基材料损伤与破坏方面试验和理论研究成果的总结，在书中遵循试验现象、机理研究、理论模型与方法、应用比对的逻辑过程，较为全面和系统地反映该领域最新的研究成果，作者希望本书能够作为科研人员、规范编制人员、设计人员、高年级本科生和研究生的参考和教学用书. 在本书写作中，陈忠辉教授、李连崇博士、李根博士提出了诸多具有建设性的建议，林鹏博士、冯竟竟博士、余涛博士给予了试验测试和资料收集的帮助，他们为本书稿提供了有益的帮助，在此表示最诚挚的感谢. 本书的完成还得益于多方的支持，在此对国家自然科学基金委员会、人事部、交通运输部公路科学研究院对研究工作的资助表示感谢.书中一些高温试验曾在香港理工大学完成，对给予支持的香港理工大

FAQs

本书研究的核心对象是什么？

以水泥基复合材料在持续高温与荷载作用下的热损伤、开裂与爆裂等行为为核心对象，重点解析其成因机理与演化规律。

本书如何开展热损伤与热开裂的实验观测？

采用高温伺服疲劳试验机与高温电子显微镜，实现热开裂过程与微细观形貌高温演化的实时观测；并结合环境扫描电镜、压汞及相分析/能谱分析研究孔隙与成分的高温演化。

本书的数值试验技术与建模思路是什么？

引入材料非均匀性概念（Weibull分布表征空间非均匀），将细观损伤力学与本构模型用于热劣化与损伤方程，研发稳态与非稳态热传导计算算法，进而实现复杂结构与荷载条件下热损伤过程的再现。

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