[00123265]混凝土水分迁移的可视化成像追踪及其动力学规律研究

1. 项目简介 本项目属于国家自然科学基金青年项目,项目名称为“混凝土中水分迁移的可视化成像追踪及其动力学规律研究”（课题编号：51008165）,有青岛理工大学承担 该课题的研究工作,项目起止日期为：2011年1月至2013年12月。 2. 技术指标 （1）提出不同湿度梯度下混凝土湿扩散规律研究及非线性湿扩散系数反向求解方法,求解方法基于遗传算法并综合考虑非线性关系以及材料参数、边界和初始条件等; （2）成功实施中子成像试验,突破了混凝土材料的非透明性局限,对其水分侵入和迁移过程进行了可视化成像追踪和直观再现。结果表明,水泥基材料与水接触时,在毛细吸附力驱动下,水分不断向深处推进,是一个早期侵入迅速,后趋于平缓直至稳定的三阶段演变过程;提出了水分渗透系数双曲线衰减模型,拟合结果与实测值相符。混凝土材料内部水分分布曲线可分为两段,前半部分可由线性方程表示,随后的曲线阶段即水分向基体深处推进的缓冲区可由反S形方程描述,拟合曲线与实测数据吻合良好。 （3）基于中子射线对氢原子特殊的衰减特性,研究了中子透射对混凝土材料内部水分运动的高敏感性,提出并建立了混凝土材料内部水分空间分布的定量分析方法,定量表征了水分迁移过程中水分的空间分布和演进规律; （4）可视化成像再现带裂缝情况下水泥基材料的水分侵入过程,揭示了水分在开裂钢筋混凝土材料中的运动规律,提出了裂缝宽度对水泥基材料吸水性能的影响规律;开裂混凝土的表观吸水系数随裂缝宽度增大而增大,符合先缓后快再缓的增长规律,裂缝宽度在0.135 ～ 0.265 mm范围内时,表观吸水系数对裂缝宽度的敏感性最强。 （5）改进了更符合真实情况的混凝土气相湿扩散和液相毛细吸水迁移动力学模型; （6）完成项目年度报告及结题报告,至结题时共发表标注资助的学术论文18篇,其中SCI收录论文2篇,EI收录论文9篇,授权实用新型专利2项。 4. 与国内外同类技术比较 研究混凝土材料内部水分及其迁移的传统方法主要是根据材料质量变化、电学、核磁共振以及射线衰减等性质进行测定的,包括称重法、电学性能方法、核磁共振方法、传感器方法等,然而,由于混凝土材料的非透明性和以上常规测试技术的局限性等困难,对混凝土材料中的水分迁移现象进行直观的可视化追踪难以实现,在国内尚无相关研究,本项目针对这一科学问题,与同类研究相比较,在以下几个方面实现了重要突破： （1）成功应用中子成像技术,实现了对非透明性混凝土材料内部水分运动的可视化成像追踪,在研究方法和理论成果上,填补了国内外空白; （2）建立了中子透射技术探测混凝土材料内部水分的定量分析方法,并基于中子成像结果对材料内部水分的空间分布进行定量表征,国内未见报道; （3）可视化成像再现带裂缝情况下混凝土材料的水分侵入过程,揭示了水分在开裂钢筋混凝土材料中的运动规律,提出了裂缝宽度对混凝土材料吸水性能的影响规律; （4）改进了更真实可靠的混凝土非线性湿扩散和毛细吸水模型