EPS混凝土試驗、本構(gòu)模型及節(jié)能評價研究

1、EPS混凝土試驗、本構(gòu)模型及節(jié)能評價研究發(fā)泡聚苯乙烯（Expanded Polystyrene，簡稱EPS混凝土是一種新型節(jié)能建 筑材料。由于利用廢棄的塑料泡沫作為主要骨料代替混凝土中的部分沙石， 所以 具有輕質(zhì)、保溫、節(jié)能、利廢、環(huán)保的特性，EPS混凝土的材料研發(fā)與工程應(yīng)用 在建筑領(lǐng)域和環(huán)境科學領(lǐng)域中固體廢棄物回收利用方面逐漸成為研究熱點。本文在國內(nèi)外EPS混凝土前期工作的基礎(chǔ)上，針對東北地區(qū)建筑高能耗問題， 從宏觀、粗觀、細觀、微觀四個層次對 EPS混凝土的材料組成、結(jié)構(gòu)及性能進行 了深入的研究，制備一種適用于東北地區(qū)的 EPS混凝土材料，進行EPS混凝土的 配比及各項性能試驗，并建立了該

2、EPS混凝土的損傷本構(gòu)模型，為EPS混凝土在 東北地區(qū)的工程應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。 針對東北地區(qū)的氣候環(huán)境， 構(gòu)建了適用于 東北嚴寒地區(qū)的建筑節(jié)能評價指標體系， 對東北地區(qū)的建筑節(jié)能做出更加科學的 評價提供了有利工具， 有利于促進建筑節(jié)能技術(shù)和新型建筑節(jié)能材料在東北地區(qū) 的推廣應(yīng)用。本文的研究對實現(xiàn)國家節(jié)能降耗和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 首先，對不同 配比的EPS混凝土進行了力學性能試驗。通過試驗數(shù)據(jù)回歸分析得出EPS混凝土抗壓強度與EPS昆凝土密度之間的函 數(shù)關(guān)系。對EPS混凝土的各組成成分對其力學性能的影響分別進行了研究。分析了不同EPS顆粒粒徑大?。?3mm 36mm）不同體積含量（56%

3、、64% 67%對EPS混凝土性能的影響。研究了不同硅灰摻量（1%、10% 18%對EPS混凝 土抗壓強度的影響。加入不同比例的聚丙烯纖維的 EPS混凝土的試驗結(jié)果表明，聚丙烯纖維最優(yōu)摻入量為 1.32.0kg/m3 ?；诓煌冶葘箟簭姸扔绊懙姆治鼋Y(jié)果，建立了 可用于配合比設(shè)計的EPS混凝土強度模型對不同強度的EPS混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系特征進行了分析，對于強 度較低的EPS混凝土的整個壓縮曲線表現(xiàn)出明顯的三個不同的階段：彈性階段、 坍塌平臺階段、應(yīng)變軟化階段；對于強度大于3MPa的EPS混凝土，其應(yīng)力-應(yīng)變 曲線可以概括為彈性、強化、軟化三個階段。通過掃描電鏡試驗對EPS混凝土的

4、 微觀形貌進行表征，揭示了 EPS混凝土受力破壞機理以及聚丙烯纖維的增強作用 機理。通過快速凍融試驗與濕遷移試驗對 EPS混凝土的耐久性能進行了研究。通過 X射線衍射化學成分分析試驗確定了 EPS混凝土的主要化學成分。其次，在連續(xù)介質(zhì)損傷力學和經(jīng)典塑性力學的理論框架下， 基于混凝土損傷 本構(gòu)模型的研究基礎(chǔ)，給出了 EPS混凝土彈塑性損傷本構(gòu)模型。通過確定合適的 損傷變量， 基于彈性 Helmholtz 自由能建立損傷本構(gòu)方程， 在有效應(yīng)力空間定義 屈服面來考慮塑性變形， 進行了彈塑性損傷本構(gòu)模型的基本公式的推導， 用試驗 結(jié)果確定模型參數(shù)，給出了單軸受壓 受拉情況下EPS混凝土材料的損傷演化方

5、 程、塑性變形的計算公式和損傷本構(gòu)方程， 通過與EPS混凝土單調(diào)加載作用下的 試驗結(jié)果進行對比，對EPS混凝土彈塑性損傷模型的有效性進行了驗證，EPS混 凝土材料的損傷演化行為可以被該模型較好地描述。再次，把EPS混凝土看作由EPS圓形骨料和砂漿基體組成的兩相復合材料進 行細觀數(shù)值模擬研究，建立兩種不同的EPS骨料分布模型，分析EPS骨料的變形 和相對位置對EPS混凝土應(yīng)力分布的影響。通過數(shù)值模擬與理論公式的推導揭示 了 EPS混凝土單軸受壓破壞的機理。根據(jù)不同時間步的應(yīng)力分布圖，分析了 EPS混凝土在強化階段、軟化階段的 裂縫形式。最后，運用模糊綜合評定的系統(tǒng)工程方法， 考慮新型節(jié)能材料在現(xiàn)代 建筑中的使用和