基于CPM模型的生态自密实混凝土材料设计关键技术研究

项目基于可压缩堆积（CPM）模型，研究了低胶凝生态自密实水泥基复合材料的设计理论及关键技术，主要研究成果包括：1）分析了多元微粉材料复合堆积效应，提出了用水量富余指数W和水泥颗粒间隙指数BSF，分析骨料和胶凝材料堆积对水泥基材料相关性能的影响，并基于多元微粉材料的复合堆积效应评价指标建立了水泥基材料工作性能和力学性能预测模型，模型预测3d、7d和28d力学性能误差分别为14.52%、9.04%和2.92%；2）利用数值模拟对具有离散特点的多元微粉颗粒进行相互作用及压实作用的仿真模拟，提出了多元微粉相互作用力，修正了多元微粉颗粒堆积模型，CPM修正模型颗粒堆积密实度的模拟计算结果平均误差仅为2.1%；3）考虑骨料颗粒形貌特性，结合数值回归分析方法，提出了与骨料颗粒形貌特性相关的形貌函数，对CPM模型中的作用效应系数进行优化和完善，使颗粒堆积密实度的预测值与实际值更加接近；4）分析了不同堆积密实度下水泥基材料的孔隙率、弹性模量和水化程度，研究了水泥基材料相互堆积的物理、化学效应，基于效应机理指导了混凝土配合比设计；5）采用内掺法和外掺法两种实验方法相结合，通过粉煤灰活性与粉煤灰/水泥用量的比值关系建立强度与氯离子渗透性的关联方程，设计了以混凝土强度和抗渗性为最终指标、以掺合料活性为中间变量的水泥基材料双指标设计方法；6）基于CPM修正模型及相关理论研究，形成了低胶凝材料含量生态自密实水泥基复合材料设计理论及关键技术。 2100433B

自密实混凝土因其绿色施工和良好的力学、耐久性能，在世界范围内广泛使用。但其较高胶凝材料用量导致较高碳排放。低胶凝材料含量生态自密实混凝土（Eco-SCC）设计与制备是高性能水泥基复合材料领域重要研究及发展方向。本项目基于对多元微粉体系颗粒堆积复杂机理问题的研究，建立考虑颗粒间相互作用效应和微粉体系压实效应的高适应性、高精度CPM（可压缩堆积）修正模型；在阐述多元粉体颗粒体系中物理、化学密实效应基础上，将修正模型数学解析与材料设计相结合；同时，在研究基于CPM的Eco-SCC流变性能的前提下，针对基于强度及抗渗性双指标的材料设计方法进行研究，建立胶凝材料活性与强度、抗渗性关联模型，利用模型在早期对Eco-SCC长期强度和抗渗性进行准确预测。基于上述研究，形成低胶凝材料生态自密实水泥基复合材料设计理论及关键技术。研究具有广泛的理论价值及巨大的工程实用性，对于SCC设计规范修订具有重要学术价值。

工艺是连接产品设计与制造的桥梁。

《基于MBD的三维机加工艺设计关键技术研究及应用》的核心是基于MBD技术实现机加工零件工艺设计的智能化和柔性化。以三维模型的产品数字化设计与制造已得到广泛的应用，而在三维工艺设计方面的应用和研究却很少，而《基于MBD的三维机加工艺设计关键技术研究及应用》正是以MBD技术在复杂机电产品三维工艺设计方面上的一个很好的应用。

为有效支持基于三维模型的机加零件快速工艺设计的实现，《基于MBD的三维机加工艺设计关键技术研究及应用》提出工艺信息的获取、表达、追溯、存储与关联等技术；工艺模型是三维工艺设计的核心，为此提出基于特征识别技术的三维机加工艺模型快速创建方法；为满足工艺更改后三维工艺快速响应的要求，提出了工艺模型重构方法和工艺信息主动传播算法；开发三维机加工艺设计原型系统予以验证《基于MBD的三维机加工艺设计关键技术研究及应用》所提出的方法。

自密实混凝土应用于增大截面型加固结构,优势明显具有很好的应用前景。本项目研究将解决自密实混凝土加固工程中急需解决的关键技术问题。通过直剪试验与塑性极限分析，研究自密实混凝土与老混凝土的粘结抗剪强度，得出其计算方法；通过推出式剪切试验和有限元分析，研究自密实混凝土与老混凝土之间的粘结滑移关系，得出其粘结滑移本构关系模型；通过粘结约束收缩性能试验和有限元模型分析，揭示自密实混凝土收缩对界面粘结性能的影响规律。在自密实混凝土材料配合比和界面处理方法上提出界面具有足够粘结性能的有效措施。进行二次受力下自密实混凝土加固柱、加固框架节点的拟静力试验和加固梁的静力试验研究，揭示不同初始受力对加固构件的截面应变分布、刚度、破坏形态及极限承载力的影响规律，并结合理论分析提出自密实混凝土加固构件的刚度和承载力设计计算方法。研究成果对提高新老混凝土界面粘结性能，确保自密实混凝土加固构件的安全可靠具有重要意义。 2100433B