A non-equilibrium micromechanics-based thermo-hydro-mechanical model for freezing/thawing in saturated cementitious materials: From elasticity to elastic-plasticity

微观力学 冻胀 材料科学 胶凝的 岩土工程 霜冻(温度) 可塑性 微观结构 复合材料 机械 地质学 水泥 复合数 物理
作者
Weiqi Guo,Fengjuan Wang,Yang Wu,Fangyu Han,Cheng Yu,Jiaping Liu,Jingyang Jiang,Wenxiang Xu
出处
期刊:Cement and Concrete Research [Elsevier BV]
卷期号:173: 107267-107267 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.cemconres.2023.107267
摘要

To understand the freeze-thaw behavior of saturated cementitious materials (CMs), a novel micromechanics-based thermo-hydro-mechanical (THM) model is proposed. In this model, a non-equilibrium approach is developed to capture water freezing/melting considering pore size distribution (PSD), supercooling, and freeze-thaw hysteresis. In addition, a micromechanical upscaling approach is presented to take frost damage, residual deformation, and the influence of microstructure into account. Comparisons with experimental results validate and highlight the capabilities of the proposed model. The model sheds light on the quantitative effects of the material properties and liquid boundaries on the freeze-thaw behavior. The results show that residual deformation significantly affects the freeze-thaw behavior including the hydraulic pressure and frost damage. Moreover, the important phenomena of CMs on the structural scale in cold regions including frost heave and thaw settlement, freezing fronts, and frost damage layer can be well reproduced, which suggests the present model has good potential for engineering use.
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