基于混沌分形理论的混凝土复杂性特征及耐久性行为研究

本课题用混沌分形和小波理论研究混凝土材料非线性特征的测试评价与行为表征，针对混凝土材料工程长期稳定性即耐久性的需要，重点在耐久性评价中的冻害损伤和有害离子分形孔隙中的传输、物质交换规律和特点，深入研究凝结硬化过程混沌现象测试、重整化群分析混凝土分形多孔材料渗流特征、早期受冻过程中结构形成与结构破坏时间序列混沌特性的表征等。通过大量的有效实验研究，揭示高耐久性混凝土材料的混沌特征和孔分形特征。在混沌分形理论指导下，从专用外加剂、高性能改性粉体材料的影响，到新拌混凝土特性、硬化前、若龄期以及硬化后的微细观结构与宏观特征、耐久性行为进行多方面测试和评价，揭示其内在规律，探索相应的机理。可望在理论上和工程层次取得多点原创成果。本课题属于材料科学、物理化学、建筑工程、非线性科学等多学科相交叉的研究课题，对于混凝土材料不仅具有一定的科学意义，而且对高性能混凝土的制备与应用具有明显的工程价值。

本课题针对混凝土材料工程长期稳定性即耐久性的需要，重点研究了耐久性评价中的冻害损伤和有害离子分形孔隙中的传输、物质交换规律和特点，深入研究了凝结硬化过程混沌分形特性的表征。研究表明，水泥基材料的复杂内比表面结构具有显著的分形特征，单掺硅灰和单掺矿渣粉的水泥基材料结构比较致密，其分形维数较低，孔隙表面分形维数与比表面积之间没有很好的相关性。.研究了外加剂、改性粉体的影响，并针对不同龄期混凝土微观结构与宏观特征、耐久性行为进行了测试和评价。结果表明，在不同孔径区间孔结构分形特征不同，应用分形理论可量化孔结构的复杂性，尤其在硬化混凝土中十分有效；采用氮气吸附法测试评价水泥基复合材料孔隙比表面积分形特征是有效的。.研究了掺合料对混凝土渗透性能的影响。掺合料能明显改善混凝土内部孔隙特征、降低渗透性，以复掺粉煤灰和矿渣为优；随着混凝土孔隙分形维数的增大，混凝土的渗透速度呈下降趋势。.混凝土的含气量、气泡分形维数与电通量关系研究表明，含气量、气泡分形维数与电通量具有良好的相关性，随着气泡集束分形维数的增大，混凝土的抗氯离子能力增强，气泡分布分形维数增大，抗氯离子能力增强；气泡级配的改善在很大程度上提高了混凝土抗氯离子扩散能力。.采用分形理论分析评价了硬化后混凝土材料孔隙的结构特征。分析表明，引气混凝土抗冻但不一定抗盐冻，混凝土的抗氯离子渗透能力与50nm～500nm孔径显著相关性。内掺憎水剂，可以改善混凝土的孔结构，增强抗盐冻能力。.建立了混凝土寿命预测模型混凝土孔隙的分形维数与氯离子渗透相关的使用寿命预测具有很好的相关性。.本课题探索混凝土材料新的研究方法，对于混凝土材料的结构特征与性能关系研究具有一定的科学意义，而且对高性能混凝土的制备与应用具有明显的工程价值。.