Microscopic Simulation of Desert Sand Concrete under Uniaxial Compression under Freeze‑thaw Cycles

YONG Wenjie; LIU Haifeng; XU Wenjing; YANG Weiwu; MA Jurong; LI Luoyin

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20240805008

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Microscopic Simulation of Desert Sand Concrete under Uniaxial Compression under Freeze‑thaw Cycles

更新时间：2026-04-15

- Microscopic Simulation of Desert Sand Concrete under Uniaxial Compression under Freeze‑thaw Cycles
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 46, Issue 2, Pages: 441-453(2026)
- 作者机构：
  
  1.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021
  2.宁夏大学新华学院，宁夏银川 750021
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240805008
  CLC： TU528
- Received：05 August 2024，
  
  Revised：2024-10-07，
  
  Published：28 April 2026
- 稿件说明：
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雍雯洁,刘海峰,徐文婧等.冻融循环下沙漠砂混凝土单轴受压细观模拟[J].防灾减灾工程学报,2026,46(02):441-453.

YONG Wenjie,LIU Haifeng,XU Wenjing,et al.Microscopic Simulation of Desert Sand Concrete under Uniaxial Compression under Freeze‑thaw Cycles[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2026,46(02):441-453.
雍雯洁,刘海峰,徐文婧等.冻融循环下沙漠砂混凝土单轴受压细观模拟[J].防灾减灾工程学报,2026,46(02):441-453. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240805008.

YONG Wenjie,LIU Haifeng,XU Wenjing,et al.Microscopic Simulation of Desert Sand Concrete under Uniaxial Compression under Freeze‑thaw Cycles[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2026,46(02):441-453. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240805008.

摘要

为了分析冻融循环过程沙漠砂混凝土温度传导及其冻融后力学行为，考虑非均质性，将其视为由粗骨料、砂浆以及界面过渡区组成的复合材料。利用有限元软件ABAQUS建立二维细观模型，采用热力耦合的方法进行冻融循环作用下圆形和多边形骨料沙漠砂混凝土温度场和温度应力模拟，得到温度和应力变化规律；对冻融后沙漠砂混凝土单轴压缩破坏过程进行模拟，与试验结果进行对比验证后研究孔隙率和界面相强度对其抗冻性影响，建立沙漠砂混凝土抗压强度与界面相强度比、冻融循环次数之间的内在联系。结果表明：沙漠砂混凝土温度传递具有延迟效应，试件表面温度变化快于试件中心，圆形骨料混凝土模型内部温度变化快于多边形骨料混凝土模型；在冻融循环过程中沙漠砂混凝土外层温度应力大于内层，外层更容易受到冻融损伤，温度应力随着冻融循环次数的增加呈先增加后减小趋势；在相同冻融循环次数下，沙漠砂替代率为50%混凝土抗冻性能和力学性能均优于沙漠砂替代率为0%混凝土，界面相性能提高对沙漠砂混凝土抗冻性有积极影响，孔隙率的增加对沙漠砂混凝土抗冻性有消极影响。

Abstract

To analyze the temperature conduction of desert sand concrete (DSC) during freeze-thaw cycles and its mechanical behavior after freeze-thaw

considering its heterogeneity

this study treated DSC as a composite material composed of coarse aggregate

mortar

and interfacial transition zone. A two-dimensional mesoscopic model was established using ABAQUS

and the temperature field and temperature stress of DSC with circular and polygonal aggregates under freeze-thaw cycles were simulated using a thermal-mechanical coupling method

and the variation patterns of temperature and stress were obtained. The uniaxial compressive failure process of DSC after freeze-thaw was simulated. After comparison and validation with experimental results

the effects of porosity and interfacial phase strength on its frost resistance were investigated

and the intrinsic relationship between the compressive strength of DSC

interfacial phase strength ratio

and the number of freeze-thaw cycles was established. The results showed that the temperature transfer in DSC exhibited a delayed effect. The temperature at the specimen surface changed faster than that at the center

and the internal temperature of circular aggregate concrete model changed faster than that of the polygonal aggregate concrete model. During freeze-thaw cycles

the temperature stress in the outer layer of DSC was higher than that in the inner layer

making the outer layer more susceptible to freeze-thaw damage. The temperature stress showed an initial increase followed by a decrease as the number of freeze-thaw cycles increased. Under the same number of freeze-thaw cycles

both the frost resistance and mechanical properties of concrete with a 50% desert sand replacement rate were superior to those with a 0% replacement rate. Enhanced interfacial phase properties had a positive effect on the frost resistance of DSC

while an increase in porosity had a negative effect.

关键词

Keywords

references

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