再生混凝土二维随机骨料模型.docx

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1、福州大学实验报告课程名称：新型建筑材料实验名称：再生混凝土二维随机骨料模型实验项目：再生混凝土二维随机骨料模型一、实验目的根据实际的再生混凝土截面骨料分布情况，将混凝土假定为由天然粗骨料、老砂浆和新砂浆组成的三相复合材料，根据二维骨料的随机投放算法，利用MAT1AB软件编制相应程序，实现对混凝土切面中二维再生骨料分布情况的模拟，从而实现细观层次随机混凝土模型的数值计算。二、实验材料2.1 原材料水泥：采用炼石牌PQ42.5水泥，水泥的各项性能指标见表Io表1水泥各项性能指标表观密度比表面积烧失量初凝/终凝时间抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)(kgm3)(m2kg)(%)(min)3d28d

2、3d28d30503601.06125/1855.68.227.545再生粗骨料：采用浙江桐乡市同德墙体建材有限公司生产的再生粗骨料(图1),采用建筑用卵石、碎石(GBzTI4685-2011)提供的方法对各项基本性能其进行测试，用盐酸浸泡的方法对再生粗骨料的老砂浆含量进行测试(图2),各项指标如表2所示。表2再生骨料材料性质含水率吸水率含泥量压碎指数表观密度老砂浆含量2.7%4.3%().5%11.2%2611kgm335.3%细骨料:采用闽江河砂,分计筛余量见表3,细度模数2.69,为中砂。表3河砂分计筛余量粒径4.75mm2.36mm1.18mm0.6mm0.3mm0.15mm0.15m

3、m分计筛余(%)0.368.930.813.520.418.37.5_(4+4+4+4+4)54_(9.5+40.3+53.8+74.2+92.5)-5X0.6IOO=100-0.66水：福州地区自来水。2.2 设计配合比设计水灰比0.5的再生骨料混凝土,并保持再生骨料混凝土砂浆相一致，即水泥:水:河图1再生粗骨料图2盐酸去除老砂浆后在再生粗骨料砂的比例应一致，调整再生粗骨料的用量，使其体积为混凝土总体积的28%、38%、48%,由此来制备不同的骨料含量下的再生骨料混凝土试块。每组配合比下掺入水泥用量5%的三氧化二铁对新砂浆进行着色以增加新、老砂浆之间的对比度。具体配合比如表4所示。表4再生骨

4、料混凝土配合比(kgm3)编号水泥水河砂再生粗骨料三氧化二铁C1492.0246.0802.03724.424.6C2422.7211.4689.1983.121.1C3353.4176.7576.11241.817.7三、实验方案实验包括试块浇筑与切片、截面扫描及图像处理与分析、模型建立三个步骤。本实验对所浇筑试块的截面进行分析，了解实际情况下再生骨料混凝土中再生骨料的二维形状及分布情况，再通过软件对其进行模拟，建立再生混凝土二维骨料分布模型。3.1 试块浇筑与切片试块浇筑：在混凝土搅拌时，先将配合比中各组分的材料称量好，之后将再生骨料、普通硅酸盐水泥、砂以及三氧化二铁在混凝土搅拌机中搅拌6

5、0s,再加入水搅拌90s后装模，表面覆保鲜膜室温下养护7天。试块浇筑完成并标准养护7天后，对试块进行切割以获得试块截面。同时为了便于对截面进行扫描，需将试块切割成薄片。试块切片采用由上海特视精密仪器有限公司生产的金相切割机，将100*100*10Omm混凝上立方体切割成100*100*5mm的薄片。3.2 截面扫描及图像处理与分析首先采用相机对切面进行拍照，将切面转化为便于计算机处理的图像。然后使用Photoshop图像处理软件对扫描所得图像进行裁剪，调节亮度和对比度，使天然骨料、老砂浆、新砂浆三相之间对比鲜明，易于识别。对前一步骤所得图像中的再生骨料(包含老砂浆)编号，并使用PhOtOShO

6、P软件的画笔工具沿着界面过渡区进行描边处理，记录相关数据，得到简化后的骨料形状及分布情况。3.3 模型建立对于骨料分布，采用的是蒙特卡罗方法进行模拟。混凝土试件中的骨料颗粒在其截面上的分布是一种随机过程。产生骨料颗粒的位置，需要借用随机数作为工具。在进行计算机仿真模拟时，就产生随机数而言，最基本的随机变量是一组在0,1区间上均匀分布的随机变量。同样，满足其它分布形式随机变量的随机数也可由在0,1区间上均匀分布的随机变量的随机数进行相应的变换得到。通过这个方得到一组位于一定区域内的坐标，该点即为拟生成骨料基准圆的圆心。确定拟生成骨料位置之后，采用切割法生成对应的骨料。切割法的基本思路是，先生成一

7、个基准圆，然后随机产生骨料边数N,以一定是的顺序在基准圆上确定N个点，依次连接这些点即可得到目标骨料。继续使用切割法即可分离出再生骨料中的老砂浆得到天然骨料。在生成骨料以后还要对新生成骨料进行干涉判断,确保与己生成骨料之间不会出现重叠现象。对此直接调用MAT1AB中的inpo1yon函数判断新生成函数的N个点是否在己生成骨料中，若在即为干涉，反之不干涉。若发生干涉现象，舍弃该骨料并重新生成；若不发生干涉现象，保留该骨料并继续生成下一颗骨料，直到所生成骨料数满足要求为止。最后，使用PIot函数绘制截面区及再生骨料，使用fi11函数给各区域上色。将生成的模型与实际切面对比。四、实验结果及分析4.1

8、 截面分析使用金相切割机切割试块得到混凝土截面，如图3所示，在100*100的再生混凝土截面中再生骨料随机分布，骨料形状大致呈不规则的多边形。（a）C1截面（b）C2截面（C）C3截面图3试样C1、C2、C3截面(a)C1截面为了确定骨料形状的规律，使用PhOtoShoP软件对其中的骨料进行描边处理，用直线简化骨料边界。得出处理结果如图4。（b）C2截面（c）C3截面图4试样C1、C2、C3骨料编号与描边处理然后统计试样C1、C2、C3中的骨料边数，统计结果如表5所示。表5试样C1、C2、C3骨料边数骨料编号试样C1试样C2试样C31684265835413479957766885791058

9、6106981041074811768125751358914867156441658817678188810198106206662171010227592394924758259根据上表统计结果，使用Origin绘制折线图如图5,在每个边数下的骨料颗数统计如图6所示，由图可知，骨料边数集中在410之间。Seria1numberofaggregate图5试件C1、C2、C3中骨料边数分布Countofboundary图6试件C1、C2、C3各边数下骨料颗数分布4.2模型建立根据前文截面分析得出的结论，在MAT1AB环境下，用切割法生成410边的不规则多边形模拟骨料，再次使用切割法获得再生骨料，使用蒙特卡罗法随机投放骨料，建立再生混凝土二维随机骨料模型。如图7所示图7再生混凝土二维随机骨料模型五、实验结论1、再生骨料用量的变化不会影响骨料在二维截面的形状，再生混凝土二维截面中骨料形状可以近似的用4-10边的不规则多边形来模拟，其边数大多集中在58之间。2、使用MAT1AB建立再生混凝土二维截面随机骨料模型，骨料分布和形状与实际截面较为相似，能较好模拟实际再生混凝土截而，实现细观层次再生混凝土模型的数值化。