基于随机骨料模型的再生混凝土单轴压缩数值模拟

采用计算机语言MATLAB自编基于塑性损伤本构关系的再生混凝土随机骨料程序,利用大型软件ABAQUS建立再生混凝土双界面细观结构计算模型,对模型的抗压性能、应变峰值、应力分布、损伤状态等关键性能进行了系统的计算分析,研究了不同界面砂浆强度、厚度等因素对再生混凝土关键性能的影响。结果表明:单轴压缩荷载作用下再生混凝土的内外界面区域出现损伤破坏,其原因是该区域存在拉应力集中和剪应力集中;在较弱的界面区最先出现损伤,之后损伤逐渐向砂浆区域扩展;新老砂浆的强度对再生混凝土抗压性能的影响显著;老硬化砂浆在一定程度上弱化了再生混凝土的性能。     

再生混凝土疲劳损伤演化的定量描述

利用再生混凝土的疲劳试验结果,分析常用的几种损伤变量定义法的优缺点;其次,根据疲劳损伤的三阶段演化规律,提出倒S非线性疲劳累积损伤模型,给出材料参数的物理含义及取值范围;最后,基于倒S模型研究再生混凝土的损伤演化规律和疲劳寿命。分析结果表明,弹性模量法、超声波速法、最大应变以及残余应变法都能够反映再生混凝土的疲劳损伤演化规律,而残余应变法由于概念明确,考虑疲劳初始损伤,因此更为合适;拟合得到的损伤演化方程与试验数据高度相关,而理论分析得出的疲劳寿命的变化规律与试验结果也相一致;倒S模型涵盖了损伤演化规律的各种类型,具有适应性强、精度高的特点,适用于混凝土材料的损伤演化描述。     

再生骨料替代率对混凝土单轴压缩力学性能的影响

针对设计水灰比为0.66的再生骨料混凝土开展单轴压缩试验,获得5种骨料替代率对应应力-应变全曲线,以此研究替代率对再生混凝土强度和变形性能的影响.结合统计损伤理论,考虑材料细观非均质性,探讨骨料替代率对再生混凝土细观损伤演化机制的影响.结果表明,再生骨料替代率对混凝土宏观应力-应变行为影响显著,随着替代率的增大,峰值应力先减小后增大,峰值应变单调增长;整个变形过程呈现出分布式损伤和局部破坏两阶段特征.利用统计损伤模型能够定量分析出再生混凝土细观损伤演化过程,考虑断裂和屈服两类损伤模式.随着再生骨料替代率的增大,表征细观损伤非均质演化过程的特征参数呈现出明显规律性的变化,与内部化学物理机理、宏观非线性应力-应变行为之间表现出良好的一致性.屈服损伤模式在整个过程中起到关键的作用.     

再生混凝土力学性能的应变率敏感性数值模拟

基于九骨料模型再生混凝土建立了有限元模型,研究了再生混凝土力学性能的应变率敏感性以及细观相材料应变率敏感性对其的影响,并讨论了再生粗骨料取代率和新、老砂浆强度对再生混凝土应变率敏感性的影响.结果表明,该有限元模型能较好地模拟再生混凝土力学性能的应变率敏感性;再生混凝土峰值应力和弹性模量随着应变率的增大近乎线性增大,且弹性模量呈现更加均匀的增长趋势;相比骨料和界面过渡区,砂浆的应变率敏感性对再生混凝土整体应变率敏感性起主导作用;再生粗骨料取代率增大或新、老砂浆强度降低时,再生混凝土的弹性模量应变率敏感性增大,但它们对再生混凝土峰值应力应变率敏感性的影响有所不同.     

再生混凝土材料及简支板阻尼性能

采用悬挂、悬臂和简支试验法,研究了再生粗骨料取代率、添加高分子阻尼材料、边界条件以及损伤程度对再生混凝土材料及再生混凝土简支板阻尼性能的影响。研究表明,对于再生混凝土的材料阻尼性能,随着再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土的阻尼比呈现增大趋势,再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土阻尼比比普通混凝土高30%以上;添加橡胶颗粒能明显提高再生混凝土材料和板在弹性阶段内的阻尼;而添加聚丙烯纤维对弹性阶段的再生混凝土材料阻尼比没有明显影响。对于再生混凝土板,其阻尼比随损伤程度的增加先增大后减小。通过对加载过程中裂缝发展规律的研究,发现再生混凝土板的开裂行为与阻尼测试结果存在相关性,表明因裂缝而产生的界面摩擦阻尼是影响再生混凝土板阻尼的重要因素。     

再生混凝土骨料咬合及剪力传递机理

通过预裂再生混凝土push-off试件的裂缝处剪力传递性能试验,研究了再生混凝土裂缝处骨料咬合及剪力传递性能.结果表明:再生混凝土裂缝处剪力传递性能总体上与普通混凝土较为接近;约束刚度越大,试件的剪力传递强度越高;再生混凝土强度越高,试件的剪力传递强度有一定的提高;相同混凝土强度下,随着再生粗骨料取代率的提高,试件剪力传递强度略有降低.借鉴Walraven的理论,并考虑再生混凝土的细微观结构与再生粗骨料的几何特点,得到了再生混凝土中的骨料咬合模型.试验中各试件的剪力传递强度值与相关理论计算值吻合良好.     

模型再生混凝土单轴受压静力与疲劳性能数值仿真

为了探讨再生混凝土中各相力学性能对其宏观力学性能的影响、寻找改善再生混凝土静力与疲劳性能的有效途径,基于ABAQUS软件建立了九骨料模型再生混凝土的有限元模型,并对各相材料赋予不同的损伤本构.分别采用显式准静态分析步和直接循环分析步对九骨料模型再生混凝土的单轴受压静力和低周疲劳加载进行数值模拟,并将静力性能仿真结果与试验结果进行对比.变参数分析结果表明:静力性能仿真结果与试验结果吻合较好;模型再生混凝土在界面过渡区会产生明显的应力集中现象,导致界面区砂浆塑性变形加剧,促使裂纹产生和扩展;随着再生粗骨料取代率的降低,模型再生混凝土的单轴受压强度和峰值应变逐渐增大;随着新砂浆强度的提高,模型再生混凝土的单轴受压强度逐渐增大;模型再生混凝土的疲劳性能较再生混凝土低,且应力-疲劳寿命曲线的趋势与普通混凝土相近.     

模型再生混凝土单轴受压应力分布特征

根据再生混凝土各相材料的力学特性,对模型再生混凝土进行细观数值分析,获取模型再生混凝土单轴受压下内部应力分布特征.通过变参数分析,讨论不同天然骨料、界面过渡区和老硬化砂浆的力学参数对模型再生混凝土应力分布特征的影响.结果表明,模型再生混凝土天然骨料之间的新老界面过渡区处存在拉应力和剪应力集中现象;天然骨料弹性模量增大,应力集中现象愈加明显,界面过渡区弹性模量增大,应力集中现象则逐渐减弱,老砂浆弹性模量增大应力集中特征变化不大.     

反复荷载作用下钢筋再生混凝土框架边节点的破坏机理

为研究反复荷载作用下钢筋再生混凝土框架边节点的破坏机理,以再生粗骨料取代率为研究变量,设计4个框架边节点试件进行拟静力实验.观察节点区域的裂缝发展形态,获取节点混凝土应变、箍筋应变、梁柱纵筋应变随加载位移的变化曲线,并分析再生粗骨料取代率变化对试件破坏形态的影响规律.结果表明:节点剪力主要由混凝土斜压杆机构承担,通裂后则由钢筋构成的桁架机构和斜压杆机构共同承担;节点箍筋明显早于梁纵筋和柱纵筋发生屈服,体现节点剪切变形的受力特征;再生粗骨料的存在会加剧试件的裂缝发展、增大钢筋和混凝土的应变,其中以取代率为70%的试件最为严重.     

再生骨料混凝土板冲切性能试验

以再生粗骨料取代率为主要参数,进行了再生混凝土板的冲切试验,分析了板在冲切荷载作用点处的荷载-中心点挠度曲线、板底钢筋应变、板顶混凝土应变、破坏形态及受冲切极限承载力等.分析结果表明:随着再生粗骨料取代率的提高,板在各个受力阶段的变形性能和受冲切承载力均有所降低.基于试验结果,对普通混凝土板受冲切极限承载力计算公式进行了修正,建立了再生混凝土板受冲切极限承载力计算公式并进行了校核,结果可以用于再生混凝土板的抗冲切设计.     

模型再生混凝土单轴受压性能细观数值模拟

提出了模型再生混凝土的概念,根据各相介质细微观力学参数和本构关系建立了数值模型,对再生混凝土的破坏机理进行了仿真分析.通过变化再生粗骨料取代率、新硬化水泥砂浆强度、老硬化水泥砂浆强度、老硬化水泥砂浆厚度以及界面过渡区(ITZ)强度等参数,对模型再生混凝土单向受压性能进行了对比分析.结果表明:新硬化水泥砂浆和老硬化水泥砂浆强度对混凝土的初始弹性模量和峰值应力有较大影响,老硬化水泥砂浆厚度对模型再生混凝土的初始弹性模量和峰值应变有一定影响,界面过渡区的强度对再生混凝土的初始弹性模量、峰值应力和峰值应变的影响不显著.     

再生大孔和多孔混凝土的研究

以废弃混凝土为骨料所制成的大孔和多孔混凝土,具有利废、保温、成本低廉的特点.再生大孔和多孔混凝土适宜制作墙体用小型空心砌块和用作各种墙体砌筑材料,也可用于现浇墙体.再生混凝土用于护坡工程中,可以保持水土,避免冲刷.     

再生集料水泥混凝土的路用性能研究

废弃混凝土经过破碎后形成再生粗集料(粒径5.0～30.0 mm),作为一种再生资源,应用于道路工程的水泥混凝土路面,不仅有利于环境保护,同时降低了工程造价。通过实验,研究了再生粗集料的力学性能,设计了再生集料水泥混凝土配合比,分析了再生集料水泥混凝土的强度以及干缩性、抗冻性、耐磨耗等路用性能,并在大同市省道206(大运线)的改建工程中修筑了试验路,试验段两年多来使用效果良好。研究结果表明,利用再生集料混凝土修筑水泥路面,能够满足水泥混凝土道路的技术要求。     

建筑垃圾资源化循环再生骨料混凝土研究

研究了建筑垃圾循环再生骨料应用中必须解决的再生骨料强化处理,再生骨料混凝土基本特性试验,再生骨料混凝土技术经济及政策支持等问题,提出了建筑垃圾资源化循环再生骨料的技术工艺和方法。     

再生混凝土路用性能的试验研究

利用旧路面混凝土块破碎而成的骨料,进行了再生混凝土的性能试验,主要测试了再生混凝土的抗压强度、抗折强度、干缩变形和抗冻性能。结果表明,所配制的再生早强型和再生快修型混凝土具有较好的力学性能和耐久性能,可用于高速公路混凝土路面的养护维修工程。     

再生混凝土耐久性的试验研究(Ⅱ.再生混凝土的中性化试验)

探讨再生骨料循环利用的可能性,对再生骨料制备的混凝土的各种性能,包括再生混凝土的力学以及耐久性能等方面做进一步的了解和深化。对再生混凝土的耐久性能之一,即再生混凝土抵抗中性化(碳化)能力,做了基础性试验研究。试验以100%再生骨料替代天然碎石和砂子制备再生混凝土试件,在二氧化碳浓度为(5±0.2)%的试验箱里促进中性化26周。试验结果,100%全再生混凝土与普通混凝土试件相比,抵抗中性化能力差,中性化几乎以3倍的速度增长。     

再生混凝土耐久性的试验研究Ⅲ再生混凝土的干燥收缩试验

再生混凝土耐久性的试验研究系列探讨了再生混凝土抵抗冻融循环能力以及抵抗中性化能力方面做了基础性试验研究,表明了再生混凝土在水灰比相对较小的情况下,抵抗冻融循环能力较好,而抗碳化能力较差。这反映了再生混凝土在耐久性能方面还存在着很多疑难点,着眼于再生混凝土耐久性能的另一方面,即对再生混凝土抵抗干燥收缩能力方面做了基础性试验研究。试验以100%再生骨料替代天然碎石和砂粒制备再生混凝土试件,在恒温(20±2)℃,恒湿相对湿度(60±5)%的试验室内使混凝土试件自由干燥收缩180d。试验结果,再生混凝土试件与普通混凝土试件相比,干燥收缩率大,特别是早期干燥,几乎达到了普通混凝土试件的2倍以上。     

复掺废砖再生混凝土的抗压强度

试验研究水灰比、砂率、粉煤灰替代率、硅灰掺量及废砖替代率5个因素对复掺废砖再生混凝土抗压强度的影响.结果表明:水灰比、砂率和粉煤灰替代率对复掺再生混凝土28 d抗压强度的影响都是先增大后减小;随着硅灰掺量的增加,再生混凝土28 d抗压强度依次增大;随着废砖替代率的提高,再生混凝土28 d抗压强度逐步减小;当其他组分掺量适当,废砖骨料替代率为100%时,可以配制满足C30强度要求的再生混凝土.