基于透视可再现材料的海相混凝土损伤劣化机制研究

Marine concrete, produced in the ocean-like environments by the seawater, the sea sand and the reef, plays a strategic role in the future materials market of China. Meantime, the micro-chemical-physical fabric of the marine concrete is also characterized by the marine phase which has close relation with the curing ages. Moreover, many pertinent studies have paid high premium on the damage mechanism of the marine concrete. The study will invite the rapidly prototyping techniques and create the transparent materials with the reproducibility which can simulate physically, mechanically and partially chemically the marine concrete. The multi-scale experiments will be adopted to study dynamically and perspectively the damage mechanism of the transparent materials. Consequently, the applicably constitutive model can be established, by which, the damage mechanism of many promising materials can be discovered. Therefore, the wide application of the marine concrete can be guaranteed. The studies here include: 1) the chemical and physical experiments on the micro-fabric of the marine concrete as well as its effects over the physical-mechanical mechanism; 2) the multi-scale mechanical experiments on the marine concrete; 3) the design on the reproducible criteria and levels of the transparent materials; the creation of the transparent materials based on the 3D prototyping techniques and the reverse design; 4) the multi-scale mechanical experiments on the transparent materials; 5) the establishment on the multi-scale fuzzy stochastic damage constitution based on the experiments and the uncertain mathematics.

海洋环境中由海水海砂海岩等海相组份制备、且包含各类与龄期相关的海相组构的海相混凝土，是一种潜力巨大的战略型材料。其损伤劣化机制研究是多学科交叉的热点问题。本项目将引入快速成型技术，3D打印可模拟典型海相混凝土物理力学性能的透视仿真材料，形成并利用多尺度实验手段，对仿真材料动态损伤过程做可视化研究，建立与之适应的本构模型，拓展损伤力学对新材料精细化分析的能力，对海相混凝土未来深度开发利用具有重要意义。研究内容：1）典型海相混凝土与龄期相关的化学组构对其物理力学性能的影响机制；2）典型海相混凝土多尺度性能实验分析；3）基于1）、2），制定设计再现度标准，利用3D打印技术及逆向设计，研制可仿真模拟典型海相混凝土及其物理力学性能的透视可再现材料；4）透视仿真材料多尺度损伤劣化实验分析；5）基于透视仿真材料多尺度损伤劣化实验，借助模糊随机数学方法，建立针对典型海相混凝土的多尺度模糊随机损伤本构模型。

海洋环境中由海水海砂海岩等海相组份制备、且包含各类与龄期相关的海相组构的海相水泥基材料，是一种潜力巨大的战略型功能材料。其物理、化学、机械力学机制的综合研究是多学科交叉的热点问题，相关研究成果在工业与国防领域均有广阔的应用前景。本项目以全真海相胶砂材料、全真海相地聚型再生砂浆材料、全真海相地聚型再生增韧水泥基材料、全真海相多代再生型水泥基材料、透视可再现材料、海相再生型无机胶凝材料以及基于化学浸润与物理促滑双重工艺的海相自密实水泥基材料的研发制备与性能机制研究为主要内容；构建了全真海相胶砂材料、全真海相地聚型再生砂浆材料、全真海相地聚型再生增韧水泥基材料、全真海相多代再生型水泥基材料、透视可再现材料、再生无机胶凝材料以及海相自密实水泥基材料的制备方案、养护工艺、多尺度理化性能测试、迭代性改进方案、性能动态演化概念模型；基于理化定性、EDS、XRD、SEM(含FSEM及TEM)、在线CT以及Malvern光电实验测试技术，获得了相关各型结构与功能材料的物理、化学机械力学动态性能关键指标参数，相关实测数据包括定性与定量两类指标；相关研究成果为区域性、普适性、再生型海工材料的生产与应用提供了重要的理论支撑，相关科学结论为这些材料的推广应用指明了方向，并证实了这类材料所具备的巨大市场潜力；其中，有机、无机双向性固废海相地聚物增韧的科学思想的确立为该类功能性材料的有机、无机双向增韧及性能迭代提供了重要的科学依据；全真海相多代再生型水泥基材料在碳酸化过程中的蓄碳性能发掘，为该类功能性材料的“蓝碳”型开发提供了重要的科学支持；透视可再现材料的制备技术与关键性养护成型方法的创建，为实现有机复合胶凝材料对复杂工业化复合材料的仿真模拟、完成复杂工业化复合材料多物理态透视仿真与性能动态测试提供了可靠的理论基础；再生无机胶凝材料与海相自密实水泥基材料的研发制备为项目深化开创了新研究思路，为实现功能材料与结构材料交叉提升与完善指明了方向。

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