水泥基複合材料高溫劣化與損傷（簡體書）

《水泥基復合材料高溫劣化與損傷》試圖通過采用簡化數學力學方法去描述復雜現象，并且堅信這是解決結構復雜、邊界條件復雜、開裂規律復雜的熱劣化／損傷問題的有效途徑之一。

序
前言
符號表
第1章 緒論
1.1 研究背景
1.2 水泥基復合材料
1.2.1 水泥基復合材料定義
1.2.2 水泥基復合材料組成與種類
1.3 水泥基復合材料熱劣化和損傷研究現狀
1.3.1 水泥基材料高溫損傷研究發展現狀
1.3.2 水泥基材料高溫劣化與損傷機理分析
1.4 水泥基復合材料熱劣化與損傷研究方向
小結
參考文獻
第2章 水泥基復合材料高溫力學性能劣化行為
2.1 概述
2.2 高溫力學性能試驗方法
2.2.1 高溫后材料力學行為試驗方法
2.2.2 高溫作用下材料力學行為試驗方法
2.2.3 高溫作用下材料熱徐變試驗方法
2.3 材料高溫殘余力學性能
2.3.1 水膠比影響
2.3.2 摻合料影響
2.3.3 聚合物合成纖維影響
2.4 材料高溫熱穩態力學性能
2.4.1 試驗方法與材料設計
2.4.2 無外荷載溫升試驗（UT）
2.4.3 恒載溫升試驗（ST）
2.5 材料應力—應變關系的溫度相關性
2.5.1 無外荷載溫升殘余性能試驗（URT）
2.5.2 無外荷載溫升試驗（UT）
2.5.3 恒載溫升試驗（ST）
2.5.4 破裂模式分析
小結
參考文獻
第3章 水泥基復合材料孔隙結構高溫劣化特性
3.1 概述
3.2 孔隙結構特征
3.3 水化物高溫分解與孔隙粗化
3.3.1 水化物脫水和分解機理
3.3.2 孔隙粗化機理
3.3.3 水膠比對孔隙結構演化影響
3.3.4 摻合料對孔隙結構演化影響
3.4 孔隙結構高溫演化與力學性能
3.4.1 孔隙率與材料強度
3.4.2 孔隙率與材料彈性模量
3.5 孔隙粗化對介質輸運性能影響
3.5.1 介質輸運性能及機理
3.5.2 溫度水平對介質輸運性能的影響
3.5.3 介質輸運性能與耐久性
小結
參考文獻
第4章 水泥基復合材料細觀結構高溫演化規律
4.1 概述
4.2 高溫損傷與開裂的SEM試驗方法
4.2.1 試驗方法發展狀況
4.2.2 試驗設計
4.2.3 試驗設備
4.2.4 材料和試件
4.3 水泥凈漿材料微細觀形貌
4.3.1 硬化水泥凈漿高溫細觀形貌
4.3.2 水化物微細觀熱開裂
4.4 水泥砂漿材料微細觀形貌
4.4.1 高溫作用下微細觀形貌演化
4.4.2 高溫后微細觀形貌
4.4.3 骨料與硬化水泥凈漿相互作用的開裂機理
4.5 水泥基材料力學性能高溫劣化
4.5.1 水泥基材料高溫強度與彈性模量
4.5.2 應力—應變關系曲線
小結
參考文獻
第5章 水泥基復合材料高溫爆裂性能
5.1 概述
5.2 爆裂類型與影響因素
5.2.1 爆裂定義與類型
5.2.2 混凝土爆裂影響因素
5.3 爆裂成因與機理
5.3.1 孔隙水（汽）壓力學說
5.3.2 熱應力學說
5.3.3 熱開裂學說
5.4 爆裂防護方法
5.4.1 爆裂防護方法
5.4.2 爆裂防護機理
5.4.3 防火標準規范
小結
參考文獻
第6章 水泥基復合材料熱損傷理論與數值試驗方法
6.1 概述
6.2 材料非均勻性及數學模型
6.2.1 多相復合材料結構及簡化
6.2.2 材料非均勻性及表征模型
6.2.3 基于Monte—Carlo法的數值材料試件生成方法
6.3 細觀熱損傷模型（TMED）
6.3.1 宏觀非線性與微細觀行為準則
6.3.2 熱損傷變量及一般表述
6.3.3 熱力損傷和熱分解損傷
6.3.4 熱彈性損傷模型
6.3.5 材料均質度系數九取值方法
6.4 熱水—應力耦合的細觀損傷模型（THMD）
6.4.1 模型理論基礎和基本假設
6.4.2 多場耦合模型的基本方程
6.4.3 細觀單元損傷演化及誘致滲流、熱力學特性的演變
6.5 熱應力有限元分析
6.5.1 有限單元法基本原理
6.5.2 彈性力學問題的有限元分析
6.5.3 彈性力學的有限元格式
6.5.4 熱傳導問題的有限元分析
6.5.5 飽和滲流問題的有限元分析
6.5.6 飽和混凝土細觀溫度—滲流—應力—損傷耦合問題有限元分析
6.6 高溫損傷的數值試驗技術系統
6.6.1 數值試驗技術系統
6.6.2 數值試驗技術系統組成
6.6.3 數值試驗技術系統工作流程
6.6.4 溫度場和應力場的驗證實例
小結
參考文獻
第7章 水泥基復合材料熱開裂成因機理
7.1 概述
7.2 材料熱變形差異與熱開裂
7.2.1 材料非均勻性與熱應力分布
7.2.2 相材料熱變形差異屬性與熱開裂模式
7.2.3 材料非均勻性與熱開裂
7.3 溫度梯度與熱開裂
7.3.1 數值試件與試驗設計
7.3.2 單一相材料溫度梯度與熱開裂
7.3.3 多顆粒水泥基復合材料溫度梯度與熱開裂
7.4 溫度相關性與熱開裂
7.4.1 相材料物理力學性能的劣化規律
7.4.2 數值試件與邊界條件
7.4.3 單一相材料熱開裂
7.4.4 兩相多顆粒水泥基復合材料熱開裂
7.5 孔隙水汽壓力與熱開裂
7.5.1 數值試件與試驗設計
7.5.2 孔隙水壓力場高溫演變規律
7.5.3 熱開裂的孔隙水壓力作用機理
小結
參考文獻
第8章 水泥基復合材料熱損傷數值試驗研究
8.1 概述
8.2 FRP混凝土保護層熱開裂
8.2.1 概述
8.2.2 數值試件與試驗設計
8.2.3 單筋混凝土熱應力分布及誘致開裂
8.2.4 多筋混凝土熱爆裂
8.3 單軸壓縮破裂過程及其機理研究
8.3.1 概述
8.3.2 數值試件與試驗設計
8.3.3 應力—應變行為
8.3.4 破裂模式
8.3.5 從脆性到延性的高溫劣化機理
8.4 熱開裂與爆裂
8.4.1 概述
8.4.2 數值試件與試驗設計
8.4.3 熱開裂方式與爆裂類型
8.4.4 爆裂影響因素與發生機理
小結
參考文獻

本章總結水泥基材料孔隙結構高溫演化規律，闡述了水化物高溫分解及其誘致孔隙結構演化的成因機理，分析了孔隙結構演化及其對水泥基材料力學和介質輸運能力的影響作用規律。常溫下孔隙結構特征及孔隙率是影響水泥基材料物理力學性能的主要指標，由于骨料和水泥凈漿屬性差異，加之二者界面區屬性的影響，水泥凈漿、水泥砂漿和混凝土材料的孔隙特征和孔隙率規律均不相同，材料宏觀物理力學屬性和孔隙率之間關系復雜。高溫作用下，水泥基材料經歷了干燥失水、水化物高溫分解、骨料石英相變等物理和化學作用，不僅導致了微細觀形貌的變化，也導致了孔隙結構演變。微細觀形貌變化體現在水化物形態改變、石英相變、水化物高溫分解誘致開裂等一系列現象；孔隙結構演化主要體現在孔隙周邊水化物疏松、孔隙擴容、孔隙連通性提高等一系列現象，稱為孔隙粗化。微細觀形貌變化使得水化物黏結力下降，孔隙粗化提高了孔隙率，這兩種作用決定了材料宏觀物理力學性能。所以，單一用孔隙結構粗化演變去全面描述材料物理力學行為仍具相當難度，二者之間不存在簡單的函數關系。
基于水化物高溫分解原理，本章運用環境掃描電鏡（ESEM）和壓汞儀（MIP），有機結合材料化學、顯微圖像學和孔隙學，深入分析了水泥凈漿孔隙高溫粗化過程。研究發現，不僅釋放吸附水和蒸發水會增加孔隙率，水化物分解也會造成孔隙擴容和孔隙連通性增加。前者在300℃前發揮主要作用，而后者主要是在300℃后發揮作用。需要強調的是，高溫不僅造成孔隙率增加，也會通過孔隙粗化提高毛細孔孔徑，提高孔間連通性，這些均會導致材料滲透性能的大幅度提高。這意味著，經歷高溫作用后的水泥基材料更容易受到外界環境侵蝕，耐久性快速下降。這是本章關注高溫孔隙粗化的主要原因之一。
孔隙結構隨著溫度增加發生劣化。孔隙總體積增加，毛細孔隙的細密度降低，大孔／小孔體積比率增幅加大，但曲線分布形態變化不顯著。閾值孔徑和最可幾孔徑提高，連通孔徑增大，水泥漿體材料的滲透性變大。在常溫條件下，孔隙率提高30％，透氣性提高輕微；當孔隙率提高60％，透氣性提高近一倍。在高溫條件下，孔隙率從10％（105℃）提高到12。8％（450℃），透氣性將提高兩個數量級。
低水膠比混凝土孔隙率雖然低于高水膠比混凝土，但是在高溫下孔體積增幅快，相應的抗滲性劣化速度也明顯高于高水膠比混凝土。低水膠比材料大孔增幅速率高于高水膠比材料，在600℃時，水膠比為0。6、0。35和0。28的混凝土內大于1300nm的孔隙體積，分別是室溫下的2。8倍、4。26倍和3。52倍。水化物分解和孔隙結構粗化規律可為破解材料復雜高溫宏觀劣化現象的成因提供有效途徑。在不同溫度水平下，混凝土高溫應力—應變曲線斜率（表征彈性模量）具有差異性小的特征（參見2。5節中ST測試結果），其成因可能是：初始荷載壓縮了孔隙粗化新增空間，提高了材料致密性，進而縮小了各溫度水平下材料彈性模量差異。