湿水泥浆体的多尺度孔隙力学

毛细效应（如吸渗-干燥循环）会随时间影响颗粒体系的力学行为。本文采用多尺度孔隙力学框架研究了水泥浆体——这一最常见的建筑材料，在基础设施全生命周期中经历大幅湿度变化的情况。首先，利用晶格气密度泛函方法结合真实的水泥水化物纳米颗粒模型，获得了中高相对湿度下的液体密度分布。计算得到的吸附/脱附等温线与孔径分布被加以讨论，并与氮气及水实验吻合良好。文中评估了由脱附数据确定孔径分布的标准方法。随后，通过对每个水泥水化物颗粒周围的 Korteweg 液体应力场进行积分，得到了纳米尺度的毛细力。水泥介观结构在毛细力作用下发生弛豫。由于液-固相互作用，识别出了水泥纳米颗粒组装体的局部不可逆变形。非仿射位移的空间关联延伸至数十纳米。最后，Love-Weber 方法给出了微米尺度的均匀化液体应力。均匀化长度与非仿射位移的空间关联长度一致。我们关于固体对毛细应力场响应的结果表明，微米尺度织构不受轻度干燥影响，而局部不可逆变形仍会发生。这些结果为理解从建筑材料、水凝胶到生命系统等异质多孔介质中毛细现象诱发的应力铺平了道路。