多孔结构建筑材料力学性能的有限元分析

李灿 田忠喜 邢帅 张传帅 田哲

【摘  要】多孔材料是一种新兴的材料，制备较易，成本较低。相对于一般连续介质材料而言，多孔材料具有比强度高、比表面积高、相对密度低、重量轻、隔音、隔热等优点。它最大的特点是具有排列规则、大小可调的孔道结构，在建筑材料中也有很多的應用。因此，对非均匀孔洞与均匀孔洞建筑材料力学性能的研究是很重要的课题。论文通过建立非均匀孔洞和均匀孔洞的有限元模型，对比分析两种模型的受力性能，更好地进行多孔建筑材料的推广和使用。

【关键词】多孔建筑材料;非均匀孔洞;均匀孔洞;力学性能

【Abstract】Porous material is an emerging material that is easier to prepare and less costly to prepare. Compared with the general continuous media materials， porous materials have the advantages of high specific strength， high specific surface area， low relative density， light weight， sound insulation， heat insulation and so on. It is characterized by regular arrangement and adjustable size of the pore structure， and has many applications in building materials. Therefore， it is very important to study the mechanical properties of non-uniform cavity and uniform cavity building materials. By establishing the finite element model of non-uniform cavity and uniform cavity， the paper compares and analyzes the mechanical properties of the two models， so as to promote and use the porous building materials better.

【Keywords】porous building materials; non-uniform cavity; uniform cavity; mechanical properties

1 引言

多孔材料内部有一系列相互连通或封闭的孔洞，构成网状结构。多孔材料性能优良，具有较高的孔隙率和比面积、良好的化学性能、物理性能、吸附性能和渗透性能。目前已经成为重要的功能结构材料，广泛应用于石油化工、航空航天、建筑材料、过滤分离等领域，并作为催化剂、超级电容器、吸附剂和过滤装置等使用[1]。但是多孔材料在制作工艺上也存在一定的困难，在制作材料时，孔洞要与承压面垂直，这就对原材料的要求比较高，在多孔材料的制备技术研发上能力不足，生产效率低下。此外，在制备过程中，对材料中的孔径及孔隙度等微观结构仍不能进行很好的控制与调控。近年来，我国也在不断推进对多孔材料的制备及应用研究，并且取得了很大进展。

多孔结构材料在建筑材料中的应用很多，主要集中在砌筑材料和混凝土材料，如焦渣空心砖、水泥空心砖、小型混凝土砌块、空心粘土砖、加气混凝土砌块等以及加气混凝土、大孔性混凝土、粉煤灰加气混凝土等。……