室内抹灰论文提纲

论文题目：薄抹灰外墙外保温系统老化行为多尺度演化特征研究

摘要：薄抹灰外墙外保温系统在服役过程中的变形破坏是一种渐进性老化过程,与其服役环境因素密切相关,特别是在高温-淋雨反复作用下易出现各种病害。目前,薄抹灰外墙外保温系统老化研究主要集中于探究老化对其热湿性能以及变形特征的影响;但是,老化前后系统各构造层微细结构的变化机理尚不清楚,无法有效建立起变形特征、微细观结构与热湿性能三者之间的联系,难以深入探究薄抹灰外墙外保温系统的老化机理。本文以薄抹灰无机轻集料（玻化微珠、膨胀珍珠岩）保温砂浆系统为研究对象,通过分析不同水分传输条件下该系统孔隙分布规律,提出了判断材料水分传输性能的界限孔径,构建了薄抹灰外墙外保温系统保温层、防护层孔隙结构、宏观热湿性能的桥梁,探究了不同尺度下薄抹灰外墙外保温系统中不同材料之间的相互作用关系与整个系统的老化机理。本文的主要工作如下:1.利用核磁共振技术测试了薄抹灰无机轻集料保温砂浆系统在真空饱和吸水、单向自由吸水和等温吸湿过程中的整体和分层横向弛豫时间信号,依据小于某一孔径的孔隙体积百分比曲线定义了孔隙特征参数,研究了该系统构造层在不同水分传输过程的含水量和孔径分布特征。结果表明,系统孔隙的孔径分布量级约为0.01μm～1000μm,不同孔径孔隙的体积随孔径呈双峰分布,第一个峰值出现在0.1μm附近,第二个峰值出现在20μm附近;系统吸湿主要发生在孔径小于0.1μm的孔隙内,自由吸水主要发生在孔径小于10μm的孔隙内;孔径小于0.1μm的孔隙体积百分比越小,系统中吸湿孔隙越少,在潮湿环境中的系统吸湿效果越不明显;孔径在0.1μm～10μm之间的孔隙体积百分比越大,系统自由吸水能力越强。2.针对薄抹灰无机轻集料保温砂浆系统在老化过程中的孔隙结构和水分传输特性演变特征,利用室内人工加速老化试验对系统试件进行了160次热雨循环试验,利用核磁共振技术测试了经受不同次数热雨循环的试件在不同水分传输过程中的孔隙结构特征,分析了孔隙结构的演变过程与分形维数特征,总结了老化过程对水分传输特性的影响。结果表明,对于孔径小于1μm的孔隙,其峰值孔径随老化过程先减小后增大;孔径大于1μm的孔隙,其孔径较为稳定、但体积先减小后增大;单向自由吸水能力在老化过程中先增强后减弱,吸湿能力与孔径小于0.1μm的孔隙体积百分比成线性变化;吸湿和吸水孔隙的分形维数均随老化过程而先增大后减小,但吸湿孔隙分形维数的变化范围更大。3.薄抹灰外墙外保温系统受恶劣气候（日晒、淋雨）引起的热变形破坏现象,与保温层-基墙相互作用密切相关。本文选取玻化微珠外墙外保温系统为研究对象,利用埋设在系统中的温度传感器和应变片对其各构造层进行了温度与应变的数据采集,开展了热雨循环条件下薄抹灰外墙外保温系统的热湿变形特征研究,分析了热雨循环过程中防护层、保温层和基墙的温度和变形特征;利用裂缝宽度检测仪、每隔4个循环观测饰面层表面裂纹特征,从裂裂缝条数、长度和宽度对防护层劣化特征进行了量化分析。结果表明,防护层表面应变,在热雨循环早期表现为弹性收缩变形,随后呈现反向膨胀的弹塑性变形,后期迅速达到塑性破坏变形;保温层表面应变的变化趋势与防护层一致,但变化幅度较小;基墙表面应变由于保温层保温隔热作用而呈现出很小的随外界温度变化的弹性变形;防护层表面裂缝的数量和总长度以恒定速度线性增加,裂缝宽度则越到老化后期增长越快。4.结合大尺寸外墙外保温系统耐候试验箱的加热装置和喷淋系统,基于图像变形测量的数字图像相关法,建立了一套非接触热变形测量系统。该系统通过CMOS工业相机,采集热雨循环不同阶段薄抹灰外墙外保温系统饰面层的数字图像,利用数字相关方法对不同老化阶段的数字图像进行分析,得到了系统饰面层变形破坏过程中试件表面的位移场和应变场、裂缝的萌生演变信息。结果表明,位移场的局部化现象非常显著,特别在裂缝处呈现明显的区域界限;应变场的局部化现象与裂缝的萌生演变呈现高度相关性,具有显著的局部分布带,可以将此分布带状作为防护层表面老化阶段的量化分析;防护层饰面裂缝宽度随干燥时间会缩小甚至闭合、且沿线应变变化均匀,但淋雨静置阶段呈现收缩、导致裂缝宽度增加、在沿线应变出现突变;裂缝影响区范围随着老化逐渐增大,但增大幅度逐渐减小。5.基于Künzel提出的连续驱动势热湿耦合传输模型,选取温度和相对湿度作为热湿传递的驱动势,考虑多孔材料分形结构特征对其导热、渗透和扩散系数的影响,建立了考虑孔隙结构演变的外墙外保温系统热湿耦合模型,分析了热雨循环次数N=20、60、100、130和160的温度场、相对湿度场和平均含湿量。结果表明,1)防护层干燥过程的温度,一般随其吸水孔隙率φl增大而降低,在淋雨和静置阶段则随其吸湿孔隙率φv减小而增大;保温层的温度与其φl呈负相关性;基墙的温度场变化与保温层的一致,但由于受到保温层热阻作用而呈现显著的延迟与衰减。2)防护层干燥过程的相对湿度一般随其φv的增加而增大,淋雨阶段初期随水蒸气扩散系数δp减小而减少,后期则随φv增大而增大;保温层干燥过程的相对湿度一般随其δp的增大而增大,在淋雨阶段随其液态水渗透系数Dw的减少而减少,在静置阶段则随其φv的增大而增大;基墙干燥过程的相对湿度受热雨循环次数影响较小,在淋雨阶段则随时间递减、与保温层的δp呈正相关性变化,直至静置阶段达到稳定值。3)防护层的平均含湿量一般随其φl增大而增大,与其φv的变化有一定相关性,保温层的平均含湿量随其δp呈正相关性变化,与φv、φl和Dw未显示相关性;基墙干燥过程的平均含湿量存在显著差异,一般随干燥时间而逐渐递增、且其变化幅度明显大于保温层,淋雨阶段基墙吸收的水分随时间呈现单峰分布,静置解吸过程基墙会随外部保护材料的性能老化呈现相应的储湿能力。本文研究成果从多尺度角度为薄抹灰外墙外保温系统材料优化设计提供理论支撑,可为在役薄抹灰外墙外保温系统的病害诊断、评估和修缮提供了参考依据。

关键词：热雨循环;老化;多尺度;核磁共振技术;数字图像相关法;局部化;孔隙结构;分形理论

学科专业：结构工程

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 外墙外保温系统技术发展历程

1.2.1 国外发展历程

1.2.2 国内发展历程

1.3 外墙外保温系统性能演化研究现状

1.3.1 系统宏观性能老化的研究现状

1.3.1.1 老化特征研究

1.3.1.2 老化试验方法

1.3.1.3 宏观性能老化观测技术

1.3.2 系统细观孔隙结构研究现状

1.3.2.1 孔隙结构演化规律研究

1.3.2.2 孔隙结构对系统热湿性能的影响

1.3.3 系统热湿耦合特性的研究现状

1.3.3.1 热湿耦合模型研究

1.3.3.2 老化对热湿耦合特性的影响

1.4 本论文的主要研究内容及创新点

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

1.4.3 主要创新点

第2章 系统孔隙结构与水分传输特性研究

2.1 引言

2.2 系统孔径分布测试

2.2.1 试件材料

2.2.2 试件制作

2.2.3 测试原理及设备

2.2.3.1 CPMG序列

2.2.3.2 SE-SPI序列

2.2.4 试验过程

2.2.4.1 真空饱和吸水试验步骤

2.2.4.2 单向自由吸水试验步骤

2.2.4.3 吸湿平衡试验步骤

2.3 试验结果分析

2.3.1 核磁共振测试结果的可靠性

2.3.2 系统孔隙分布特征分析

2.3.3 系统自由吸水特性分析

2.3.4 系统孔隙结构与水分传输特性的关系

2.4 本章小结

第3章 系统孔隙结构与水分传输性能演变特征

3.1 引言

3.2 系统孔隙结构演变测试

3.2.1 室内气候加速老化试验箱

3.2.2 测试过程

3.3 试验结果分析

3.3.1 系统孔隙结构的演变特征分析

3.3.2 系统自由吸水特性的演变特征分析

3.3.3 系统等温吸湿特性的演变特征分析

3.3.4 孔隙分类及其对水分传输特性的影响

3.3.5 系统孔隙结构的分形特征

3.4 本章小结

第4章 系统与基墙相互作用的热湿变形特征

4.1 引言

4.2 大尺寸模型试验

4.2.1 原材料

4.2.2 试件制作

4.2.3 试验设备

4.2.4 测点布置及数据采集方案

4.3 试验结果分析

4.3.1 系统与基墙各构造层的温度场分析

4.3.2 系统与基墙各构造层的应变场分析

4.3.3 饰面层劣化形态与裂缝特征分析

4.4 本章小结

第5章 系统与基墙相互作用的局部化劣化特征

5.1 引言

5.2 基于数字图像相关法的热变形测量系统简介

5.2.1 测点布置及数据采集方案

5.2.2 数字图像相关法原理

5.2.3 数字图像采集平台及参数设置

5.3 试验结果分析

5.3.1 系统饰面层位移场分析

5.3.2 系统饰面层应变场分析

5.3.3 系统饰面层局部裂缝演变特征分析

5.4 本章小结

第6章 基于孔隙结构实际分布的薄抹灰外墙外保温系统热湿传输性能研究

6.1 引言

6.2 基于孔隙结构演变的热湿耦合传输模型

6.2.1 模型假设

6.2.2 控制方程

6.2.3 基于分形理论的输运物理模型

6.2.4 初始及边界条件

6.2.4.1 初始条件

6.2.4.2 箱内侧边界条件

6.2.4.3 箱外侧边界条件

6.3 模型求解

6.3.1 求解过程

6.3.2 模型参数

6.3.2.1 保温材料的等温吸附曲线

6.3.2.2 基于孔隙演化的输运物性参数

6.3.2.3 其它材料参数

6.4 数值模拟结果分析

6.4.1 孔隙演变对系统温度的影响

6.4.2 孔隙演变对系统相对湿度的影响

6.4.3 孔隙演变对系统水分传输性能的影响

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢