水泥漿體多級結構與智能表征

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 C-S-H化學組成和分子結構 3
1.2.1 C-S-H結構表征 3
1.2.2 托貝莫來石和六水硅鈣石分子模型 5
1.3 C-S-H凝膠納介觀結構模型 7
1.3.1 Powers-Brownyard模型 7
1.3.2 Feldman-Sereda模型 8
1.3.3 Munich模型 8
1.3.4 膠粒模型I 9
1.3.5 膠粒模型II 10
1.4 C-S-H凝膠力學性能 11
1.4.1 力學性能實驗研究 11
1.4.2 力學性能計算模擬 12
1.5 C-S-H凝膠耐久性能 12
1.5.1 鈣溶蝕 12
1.5.2 硫酸鹽侵蝕 13
1.5.3 氯離子侵蝕 14
1.5.4 碳化 14
1.6 分形理論在水泥基材料中的研究現(xiàn)狀 15
1.6.1 分形理論概述 15
1.6.2 分形理論評價水泥基材料的研究現(xiàn)狀 16
1.6.3 多重分形理論的發(fā)展 17
1.7 混凝土水化微結構特性 18
1.7.1 水化微結構數(shù)值模擬 18
1.7.2 微結構力學性能 20
參考文獻 20
第2章 水泥體系C-S-H成核生長機制和空間構型特征.31
2.1 引言 31
2.2 實驗與模擬方法 32
2.2.1 樣品制備 32
2.2.2 形貌觀察 32
2.2.3 離子濃度 33
2.2.4 基于托貝莫來石晶體的表面能計算 33
2.2.5 ClayFF力場 33
2.3 C-S-H 凝膠的生成路徑 35
2.3.1 水化熱合成中C-S-H的生成路徑 35
2.3.2 水泥水化和水化熱合成的體系對比 36
2.3.3 熱力學和動力學所主導的多種生成路徑 39
2.4 基于距水泥顆粒距離的C-S-H生成機制與空間構型 43
2.4.1 基于距水泥顆粒距離的生成機制轉變 43
2.4.2 生成機制所主導的多類C-S-H空間構型 45
2.5 基于C-S-H生成機制和空間構型的啟示 47
2.5.1 C-S-H分子層間強度決定水泥拉伸性能閾值 47
2.5.2 薄箔狀C-S-H吸附水泥顆粒所引發(fā)的水化誘導期 49
2.6 本章小結 50
參考文獻 51
第3章 C-S-H凝膠的納微觀結構影響因素及表征技術 54
3.1 引言 54
3.2 C-S-H凝膠表征實驗方法 55
3.2.1 C-S-H凝膠 56
3.2.2 從二維觀察到三維觀察 58
3.2.3 從干燥樣品到原位樣品 59
3.2.4 樣品制備和測試條件控制的發(fā)展 60
3.3 C-S-H 凝膠納微觀結構直接觀測 61
3.3.1 球粒狀C-S-H 61
3.3.2 褶皺狀C-S-H 62
3.3.3 針棒狀C-S-H 65
3.3.4 微觀尺度的形態(tài)組合 67
3.4 C-S-H凝膠結構的影響因素 69
3.4.1 異種元素的摻入 69
3.4.2 環(huán)境相對濕度 71
3.4.3 環(huán)境溫度 72
3.4.4 結構老化 74
3.4.5 化學外加劑 75
3.5 本章小結 78
參考文獻 79
第4章 C-S-H凝膠團微結構與膠凝力演變 91
4.1 引言 91
4.2 實驗與模擬方法 91
4.2.1 樣品制備與處理 91
4.2.2 實驗表征 92
4.2.3 C-S-H晶粒間相互作用的微觀力學計算 92
4.2.4 C-S-H凝膠團的粗粒化計算 93
4.3 堆積結構演變特征 95
4.3.1 堆積結構劣化 95
4.3.2 晶粒遷移與微結構重組 96
4.4 水泥基體系中 C-S-H 晶粒間相互作用 97
4.4.1 晶粒間相互作用演變 97
4.4.2 晶粒間相互作用表征方法 98
4.4.3 晶粒間相互作用對微結構的影響 99
4.5 C-S-H膠凝力的量化 101
4.5.1 C-S-H堆積體系拉伸性能 101
4.5.2 C-S-H膠凝力衰退 102
4.5.3 承載模式 104
4.6 C-S-H膠凝力的物理意義和影響因素討論 105
4.6.1 物理意義 105
4.6.2 關鍵影響因素：堆積密度和晶粒間相互作用 106
4.7 本章小結 106
參考文獻 107
第5章 水泥漿體微結構 110
5.1 引言 110
5.2 微結構表征方法介紹111
5.2.1 MIP實驗 111
5.2.2 三維X射線衍射儀法 111
5.2.3 背散射電子成像 112
5.3 MIP實驗下水泥漿體孔結構分形類型 112
5.3.1 水泥漿體孔結構特征 113
5.3.2 基于MIP實驗的水泥漿體孔結構分形類型 116
5.3.3 水泥基材料的孔結構建模 127
5.4 基于X-CT的多重分形理論及水泥凈漿非均質性研究 129
5.4.1 分形理論 130
5.4.2 多重分形理論 130
5.4.3 X-CT圖像重構的水泥凈漿結構的非均質性 133
5.5 基于BSE的水泥凈漿高分辨率可視化分析 139
5.5.1 樣品制備與處理 139
5.5.2 微結構可視化 140
5.5.3 孔結構物理特征分析 141
5.5.4 孔結構空間分布研究 143
5.6 本章小結 145
參考文獻 146
第6章 水泥漿體微結構與性能數(shù)值模擬 148
6.1 引言.148
6.2 微結構重構 148
6.2.1 初始微結構 148
6.2.2 分相后微結構 150
6.2.3 水化微結構 152
6.3 水化模擬結果驗證 155
6.3.1 水泥礦物相含量驗證 156
6.3.2 氫氧化鈣含量驗證 158
6.3.3 粉煤灰、硅灰水化程度驗證 160
6.3.4 孔隙率驗證 165
6.4 水泥漿體力學性能數(shù)值模擬 167
6.4.1 拉伸力學性能實體單元數(shù)值模擬 167
6.4.2 壓縮力學性能實體單元數(shù)值模擬 169
6.5 本章小結 170
參考文獻 171
第7章 基于深度學習的水泥凈漿微結構表征 (上) 174
7.1 引言 174
7.2 深度學習與人工神經(jīng)網(wǎng)絡 175
7.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡基礎構造 175
7.2.2 反向傳播與梯度下降 177
7.2.3 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 180
7.3 基于深度學習的水泥漿體代表性體積單元計算 182
7.3.1 方法概述與假設 182
7.3.2 數(shù)據(jù)獲取和預處理 183
7.3.3 代表性體積單元結果比較 184
7.4 基于深度學習可視化的水泥漿體關鍵特征識別 186
7.4.1 遮擋敏感度法分析 186
7.4.2 基于敏感度法的關鍵特征分析 187
7.5 本章小結 188
參考文獻 189
第8章 基于深度學習的水泥凈漿微結構表征 (下) 192
8.1 引言 192
8.2 深度學習應用假設與方法 192
8.2.1 方法概述與假設 192
8.2.2 數(shù)據(jù)獲取和預處理 193
8.2.3 深度學習框架設計與模型結構 194
8.2.4 模型預測準確性評判標準 196
8.3 基于深度學習的水泥漿體空間相關性分析 196
8.3.1 空間相關性的范圍及強度 196
8.3.2 空間相關性的分形性 198
8.4 空間相關性分布特征199
8.4.1 空間相關性的分布初步識別 199
8.4.2 與孔隙特征關聯(lián)機制 200
8.4.3 與物相分布關聯(lián)機制 202
8.4.4 不同空間相關性下的孔相特征 203
8.5 表征與重構潛在應用的見解 205
8.5.1 空間相關性方程 205
8.5.2 水泥微結構空間相關性可視化 206
8.5.3 水泥微結構圖像重構 207
8.6 本章小結 208
參考文獻 208