PFC3D模拟颗粒堆积体的空隙特性初步研究

有害物质在混凝土试件中存在三种渗透路径,其中水泥浆体和浆体与骨料之间的界面区域的渗透性决定了混凝土材料的渗透性。通过利用PFC3D模拟研究颗粒堆积体系本体部分和界面部分的空隙结构特性来比拟研究混凝土材料中水泥浆体和浆体与骨料之间的界面区域的孔隙结构特性。空隙结构特性主要包括空隙率、孔径分布、空隙连通率和空隙结构的亏格数。其中后两个参数用来表征空隙结构的连通性,而其数值与选择标定空隙结构的“像素”大小直接相关。 研究了颗粒级配和形状对颗粒堆积体系本体部分空隙结构的影响。结果表明:颗粒体系在自重作用下形成的堆积体系的空隙率大约在20%到45%之间;级配曲线服从Fuller曲线分布的颗粒堆积体系具有较低的空隙率和较高的亏格数,说明堆积体系的密实度较高并具有较复杂的空隙结构;颗粒形状对堆积体系的空隙结构有较大影响,相对其它形状颗粒,球形颗粒更容易形成相对密实并具有复杂空隙结构的堆积体系;级配的增多有利于颗粒堆积体系得到较低的空隙率;细颗粒对颗粒堆积体系的空隙连通性影响较大,细颗粒的含量越多,颗粒堆积体系的空隙连通率越低,亏格数越高,空隙结构越复杂。但所有堆积体系的空隙连通率均接近100%。 研究了颗粒级配和形状对颗粒堆积体系界面部分空隙结构的影响。结果表明:颗粒堆积体系的界面部分相对本体部分,总空隙率有明显增大,亏格数也增大,说明界面部分的渗透性的确要比本体部分高;级配对颗粒堆积体系界面部分的总空隙率有影响,增大颗粒级配范围可以降低界面部分的空隙率;颗粒堆积体界面部分的连通性受级配的影响不大;颗粒形状对颗粒堆积体系界面部分的总空隙率有影响,球形颗粒堆积体系相比其它形状颗粒的堆积体系,界面空隙率较低。但所有堆积体系的空隙连通率均接近100%。 计算机模拟方法可以用来研究颗粒堆积体系空隙结构的连通性甚至空间分布等试验手段无法测得的重要参数,有望应用于对混凝土材料渗透性的研究。但本文仅做了初步探讨,深入的研究仍在继续。