【摘 要】
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微胶囊自修复技术是针对于混凝土的裂缝劣化、钢筋锈蚀等问题的一种有效的修复手段,在提高混凝土耐久性和使用寿命等方面都具有非常重要的意义。实现微胶囊自修复功能的前提
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微胶囊自修复技术是针对于混凝土的裂缝劣化、钢筋锈蚀等问题的一种有效的修复手段,在提高混凝土耐久性和使用寿命等方面都具有非常重要的意义。实现微胶囊自修复功能的前提是微胶囊在水泥基材料搅拌过程中保持完整性,而在硬化后,当裂缝扩展时发生破裂。本文通过计算流体动力学(CFD)-离散元(DEM)耦合方法分析微胶囊在净浆搅拌过程中的运动状态及受力分析,进而得到微胶囊在搅拌过程中的存活率。在净浆搅拌过程中,利用现有的实验手段无法准确的获取流体以及颗粒的运动状态,为解决这一问题,本文采用CFD-DEM耦合模拟的计算格式进行计算,并通过小球下落模拟及搅拌桶试验,验证了计算模型的可靠性,为后续的计算结果提供保障。本研究对微胶囊的运动状态从三个方面进行分析:(1)分析搅拌桶中拟净浆的流场变化,包括了净浆的速度场、压力场、湍流强度场;(2)分析搅拌桶中微胶囊的运动状态,包括颗粒的速度场、运动轨迹、流体力、压力、合力以及碰撞力;(3)通过微胶囊的破裂值估算出微胶囊在搅拌过程中的破裂率。发现微胶囊在净浆搅拌过程中受到流体力、合力以及切向碰撞力时对微胶囊破裂几乎没有影响,而受到的压力以及法向碰撞力的作用时容易导致其发生破碎。对影响微胶囊在净浆搅拌过程中的运动状态的因素进行分析,包括颗粒的粒径、颗粒质量分数以及叶片搅拌速度。发现了随着颗粒粒径和搅拌速度的增大,都会使得微胶囊在搅拌过程中的破碎率增大。随着质量分数的增大,颗粒破碎率先降低后升高。建议在低速搅拌,掺量为2%或者3%颗粒质量分数,粒径在600微米以下的情况下进行搅拌含有微胶囊的水泥基材料,可以有效的避免微胶囊的破裂。为了更加接近微胶囊的实际状态,本文采用粘结模型的方法对空心微胶囊进行建模,为之后的深入研究微胶囊的破裂率提供建模依据。
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