本書圍繞水泥漿體典型的多尺度、多物相特點(diǎn)，聚焦核心元素——水化產(chǎn)物和孔隙結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)開展各級結(jié)構(gòu)特征與性能研究，深入挖掘水泥漿體從分子尺度到宏觀性能的傳遞本質(zhì)。本書在介紹傳統(tǒng)測試技術(shù)和現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上，整理了目前水泥基材料納微觀尺度結(jié)構(gòu)表征與模擬的熱點(diǎn)和前沿問題，并結(jié)合分子動力學(xué)模擬方法、納微觀尺度先進(jìn)表征手段和數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能分析方法，構(gòu)建了一套完整的水泥漿體多級結(jié)構(gòu)與表征體系。
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于2019年獲得國家杰出青年科學(xué)基金資助，2018年入選國家"萬人計(jì)劃"科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 C-S-H化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu) 3
1.2.1 C-S-H結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)性能 11
1.4.1 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究 11
1.4.2 力學(xué)性能計(jì)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(jié)構(gòu)特性 18
1.7.1 水化微結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬 18
1.7.2 微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能 20
參考文獻(xiàn) 20
第2章 水泥體系C-S-H成核生長機(jī)制和空間構(gòu)型特征.31
2.1 引言 31
2.2 實(shí)驗(yàn)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(jì)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(xué)和動力學(xué)所主導(dǎo)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(jī)制與空間構(gòu)型 43
2.4.1 基于距水泥顆粒距離的生成機(jī)制轉(zhuǎn)變 43
2.4.2 生成機(jī)制所主導(dǎo)的多類C-S-H空間構(gòu)型 45
2.5 基于C-S-H生成機(jī)制和空間構(gòu)型的啟示 47
2.5.1 C-S-H分子層間強(qiáng)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(dǎo)期 49
2.6 本章小結(jié) 50
參考文獻(xiàn) 51
第3章 C-S-H凝膠的納微觀結(jié)構(gòu)影響因素及表征技術(shù) 54
3.1 引言 54
3.2 C-S-H凝膠表征實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)老化 74
3.4.5 化學(xué)外加劑 75
3.5 本章小結(jié) 78
參考文獻(xiàn) 79
第4章 C-S-H凝膠團(tuán)微結(jié)構(gòu)與膠凝力演變 91
4.1 引言 91
4.2 實(shí)驗(yàn)與模擬方法 91
4.2.1 樣品制備與處理 91
4.2.2 實(shí)驗(yàn)表征 92
4.2.3 C-S-H晶粒間相互作用的微觀力學(xué)計(jì)算 92
4.2.4 C-S-H凝膠團(tuán)的粗�；�(jì)算 93
4.3 堆積結(jié)構(gòu)演變特征 95
4.3.1 堆積結(jié)構(gòu)劣化 95
4.3.2 晶粒遷移與微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)鍵影響因素：堆積密度和晶粒間相互作用 106
4.7 本章小結(jié) 106
參考文獻(xiàn) 107
第5章 水泥漿體微結(jié)構(gòu) 110
5.1 引言 110
5.2 微結(jié)構(gòu)表征方法介紹111
5.2.1 MIP實(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn)下水泥漿體孔結(jié)構(gòu)分形類型 112
5.3.1 水泥漿體孔結(jié)構(gòu)特征 113
5.3.2 基于MIP實(shí)驗(yàn)的水泥漿體孔結(jié)構(gòu)分形類型 116
5.3.3 水泥基材料的孔結(jié)構(gòu)建模 127
5.4 基于X-CT的多重分形理論及水泥凈漿非均質(zhì)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(gòu)的水泥凈漿結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)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(jié)構(gòu)可視化 140
5.5.3 孔結(jié)構(gòu)物理特征分析 141
5.5.4 孔結(jié)構(gòu)空間分布研究 143
5.6 本章小結(jié) 145
參考文獻(xiàn) 146
第6章 水泥漿體微結(jié)構(gòu)與性能數(shù)值模擬 148
6.1 引言.148
6.2 微結(jié)構(gòu)重構(gòu) 148
6.2.1 初始微結(jié)構(gòu) 148
6.2.2 分相后微結(jié)構(gòu) 150
6.2.3 水化微結(jié)構(gòu) 152
6.3 水化模擬結(jié)果驗(yàn)證 155
6.3.1 水泥礦物相含量驗(yàn)證 156
6.3.2 氫氧化鈣含量驗(yàn)證 158
6.3.3 粉煤灰、硅灰水化程度驗(yàn)證 160
6.3.4 孔隙率驗(yàn)證 165
6.4 水泥漿體力學(xué)性能數(shù)值模擬 167
6.4.1 拉伸力學(xué)性能實(shí)體單元數(shù)值模擬 167
6.4.2 壓縮力學(xué)性能實(shí)體單元數(shù)值模擬 169
6.5 本章小結(jié) 170
參考文獻(xiàn) 171
第7章 基于深度學(xué)習(xí)的水泥凈漿微結(jié)構(gòu)表征 (上) 174
7.1 引言 174
7.2 深度學(xué)習(xí)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 175
7.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)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(luò) 180
7.3 基于深度學(xué)習(xí)的水泥漿體代表性體積單元計(jì)算 182
7.3.1 方法概述與假設(shè) 182
7.3.2 數(shù)據(jù)獲取和預(yù)處理 183
7.3.3 代表性體積單元結(jié)果比較 184
7.4 基于深度學(xué)習(xí)可視化的水泥漿體關(guān)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(guān)鍵特征分析 187
7.5 本章小結(jié) 188
參考文獻(xiàn) 189
第8章 基于深度學(xué)習(xí)的水泥凈漿微結(jié)構(gòu)表征 (下) 192
8.1 引言 192
8.2 深度學(xué)習(xí)應(yīng)用假設(shè)與方法 192
8.2.1 方法概述與假設(shè) 192
8.2.2 數(shù)據(jù)獲取和預(yù)處理 193
8.2.3 深度學(xué)習(xí)框架設(shè)計(jì)與模型結(jié)構(gòu) 194
8.2.4 模型預(yù)測準(zhǔn)確性評判標(biāo)準(zhǔn) 196
8.3 基于深度學(xué)習(xí)的水泥漿體空間相關(guān)性分析 196
8.3.1 空間相關(guān)性的范圍及強(qiáng)度 196
8.3.2 空間相關(guān)性的分形性 198
8.4 空間相關(guān)性分布特征199
8.4.1 空間相關(guān)性的分布初步識別 199
8.4.2 與孔隙特征關(guān)聯(lián)機(jī)制 200
8.4.3 與物相分布關(guān)聯(lián)機(jī)制 202
8.4.4 不同空間相關(guān)性下的孔相特征 203
8.5 表征與重構(gòu)潛在應(yīng)用的見解 205
8.5.1 空間相關(guān)性方程 205
8.5.2 水泥微結(jié)構(gòu)空間相關(guān)性可視化 206
8.5.3 水泥微結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu) 207
8.6 本章小結(jié) 208
參考文獻(xiàn) 208
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