多尺度均匀化分析：混凝土ASR损伤与力学性能衰减

混凝土碱-硅反应（ASR）是本文研究的核心焦点，它是一种在高湿度环境下，混凝土中的二氧化硅与水泥浆体中的碱离子发生的化学反应。这一过程会产生ASR凝胶，随着水分吸收，凝胶会膨胀，从而引起混凝土的损伤和力学性能下降。对于大型结构如桥梁和大坝，ASR的危害尤为显著。 在本研究中，作者Roof Rezakhania、Mohammed Alnaggarb和Gianluca Cusatis采用了先进的多尺度均匀化分析方法来深入理解ASR效应。他们利用格子离散颗粒模型（LDPM）——一种微观力学模型，这个模型能够精细模拟混凝土的粗骨料颗粒行为，已成功地应用于ASR的研究并经过了多个实验数据集的校准和验证，形成了名为ASR-LDPM的模型。 研究首先在多尺度均匀化框架下探讨了ASR-LDPM在模拟混凝土代表性体积元（RVE）中的行为，考察了拉伸、压缩以及随时间推移的力学性能退化。RVE的尺寸变化被用来探究不同尺度下的均匀化响应，以评估不同颗粒配置对整体性能的影响。 接着，研究人员利用多尺度方法，通过ASR-LDPM对实验中混凝土棱柱的自由体积膨胀进行了复现，验证了模型在模拟宏观现象上的准确性。进一步地，他们通过对比细观模型和多尺度方法在压缩和四点弯曲梁中的强度退化计算，来评估多尺度方法的精度和计算效率。 这项研究不仅提供了对混凝土ASR损伤机制的深入理解，还展示了如何通过多尺度均匀化分析有效地预测和管理这种结构性能问题。同时，研究结果表明，多尺度方法在处理复杂材料行为时具有潜在的优势，特别是在计算效率和精度方面。这一工作对设计和维护高湿度环境中混凝土结构的健康有着重要的工程应用价值。