[发明专利]超高性能混凝土的力学性能预测方法

说明书

本发明公开了一种超高性能混凝土的力学性能预测方法，首先建立微观尺度UHPC水化微结构模型和水泥‑粉煤灰‑硅灰三相复合水泥基材料水化微结构演变模型，建立对应的微观尺度下UHPC有限元数值模型，确定出微观尺度下UHPC硬化浆体力学性能，其次建立细观尺度下UHPC骨料堆积模型和细观尺度下UHPC有限元数值模型，根据UHPC硬化净浆力学属性与骨料三维空间分布，分析计算出下UHPC砂浆力学性能；最后建立了UHPC纤维的随机动态堆积模型，并建立相应细观尺度下UHPC有限元数值模型，根据UHPC砂浆材料本构参数与纤维三维空间分布，计算得到UHPC宏观力学本构关系，本发明计算精准，稳定性高。

技术领域

本发明涉及超高性能混凝土性能预测，具体涉及一种超高性能混凝土的力学性能预测方法。

背景技术

超高性能混凝土通常是指抗压强度大于150MP的混凝土，具有超高强、高韧、高耐久、高抗爆等性能，应用前景广阔。目前关于UHPC的配合比，设计方法主要是最紧密堆积理论，虽然该方法已被广泛应用，但模型中仅考虑了胶凝材料的物理特性，并不设计材料的化学特性，粒径大小和分布均一致的不同粉体材料，化学反应活性不尽相同，且对混凝土内部微结构的作用差异较大，因此常常导致UHPC缺乏工作性能或实际强度与工作强度差异较大问题，现有预测性能的方法准确性差，因而难以对超UHPC配合比设计提供有效指导。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种超高性能混凝土的力学性能预测方法，解决现有方法不考虑组分化学特性，预测结果不准确的问题。

技术方案：本发明所述的超高性能混凝土的力学性能预测方法，包括以下步骤：

(1)基于CEMHYD3D水化模型，建立水泥-粉煤灰-硅灰三元胶凝体系水化微结构演变模型，根据水化微结构演变模型利用ls-prepost前处理软件建立微观尺度有限元模型，根据建立的有限元模型得到微观尺度UHPC应力应变关系，根据到微观尺度UHPC应力应变关系得到微观尺度UHPC力学参数；

(2)建立骨料三维空间随机堆积模型，并根据骨料三维空间随机堆积模型建立细观尺度砂浆有限元模型，将骨料力学特性和根据步骤(1)的微观尺度UHPC力学参数代入砂浆有限元模型中进行计算，得到细观尺度砂浆应力应变关系，根据细观尺度砂浆应力应变关系得到细观尺度砂浆力学参数；

(3)建立纤维三维空间随机堆积模型，并根据纤维三维空间随机堆积模型建立UHPC有限元模型，将纤维力学特性和步骤(2)得到的细观尺度砂浆力学参数，代入UHPC有限元模型中进行计算，得到宏观尺度UHPC的应力应变关系。

其中，所述步骤(1)中，首先是将立方体空间划分成为体素点，然后将UHPC胶凝材料按实际配合比转化为由体素点组成的电子球投于立方体中，并进行分相以及水化步骤得到水化微结构演变模型，然后根据微结构采用ls-prepost建立有限元模型，根据不同物相力学参数，进而可以计算出微观尺度UHPC力学参数。

所述步骤(2)中根据河砂实际级配，利用Visual Studio C++建立凸形粒子三维堆积模型即为骨料三维空间随机堆积模型，模型为立方体，空间划分成为立方体网格，基于此采用ls-prepost建立砂浆有限元模型，根据微观尺度净浆以及骨料力学参数，进而可以计算出细观尺度砂浆力学参数。

所述步骤(3)中根据钢纤维实际尺寸，利用Visual Studio C++建立纤维三维空间随机堆积模型，模型为立方体，并采用ls-prepost建立UHPC有限元模型，根据砂浆以及纤维力学参数，进而得到出宏观尺度UHPC应力应变关系。

所述步骤(1)中建立水泥-粉煤灰-硅灰三元胶凝体系水化微结构演变模型是在水胶比≤0.2的条件下。

有益效果：本发明计算精准，稳定性高，采用多尺度设计方法，充分考虑了原材料组分的物化特性，克服了传统UHPC配合比设计方法误差大的问题，可以实现UHPC力学性能的精准预测。

附图说明