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.     

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.     

应变率效应对再生混凝土动态力学性能的影响

通过约束再生混凝土单轴受压动态力学试验,研究了应变率效应对约束再生混凝土力学参数的影响.分析不同应变率下再生混凝土动态破坏特征以及受压应力-应变关系全曲线,可以发现:在不同应变率、再生粗骨料取代率或体积配箍率下,再生混凝土单轴应力-应变关系曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显;随着应变率的提高或再生粗骨料取代率的增加,下降段曲线随之变陡,而随着箍筋配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓.通过试验数据回归分析,提出约束再生混凝土受压峰值应力和峰值应变动态放大系数函数模型;随着应变率的提高,约束再生混凝土受压峰值应力和峰值应变均随之增大;而约束再生混凝土受压峰值应变动态放大系数增加幅值低于受压峰值应力动态放大系数的增加幅值;进一步分析了应变率效应对约束再生混凝土初始弹性模量的影响规律,确定了初始弹性模量和应变率的函数关系,并给出了初始弹性模量动态放大系数函数模型.随着应变率的提高,约束再生混凝土初始弹性模量动态放大系数随之增大,但其增长幅度要比受压峰值应力和峰值应变动态放大系数的增长幅度小.     

单轴受压下钢纤维再生骨料混凝土本构模型

通过150mm×150mm×300mm钢纤维再生骨料混凝土棱柱体的单轴受压试验,研究了水胶比、再生骨料取代率和钢纤维体积率等参数对钢纤维再生混凝土轴压应力-应变全曲线的影响,揭示了钢纤维再生混凝土的破坏机理和参数变化对钢纤维再生混凝土单轴受压力学性能影响的规律.结果表明,钢纤维改变了再生混凝土的破坏形态,随着钢纤维体积率增大,试件由劈裂破坏转变为剪切破坏,剪切面与荷载垂线的夹角增大,峰值应力和峰值应变均有一定程度的提高.相同钢纤维体积率下,钢纤维再生混凝土峰值应力受再生骨料取代率变化的影响较小;但是,随着再生骨料取代率的增加,钢纤维再生混凝土峰值应变增大,初始弹性模量减小.与普通混凝土类似,随水胶比的减小,钢纤维再生混凝土应力应变曲线下降段的斜率增大.基于对试验数据的综合分析,建立了考虑再生骨料取代率、钢纤维体积率影响的钢纤维再生混凝土轴压本构模型.     

再生粗骨料对混凝土力学性能的影响

首先研究了用废旧混凝土制作的再生粗骨料的基本物理性能;然后研究了用再生粗骨料取代部分粗骨料后,对混凝土力学性能的影响.结果表明,在取代率达40%时,配制的C40混凝土的立方强度、轴心抗压强度、应力-应变关系和弹性模量等,都与不用再生粗骨料的普通混凝土无明显差别.这说明,用再生粗骨料取代部分粗骨料,只要控制好取代率、级配和用水量,则对混凝土的力学性能无影响,可以放心使用.     

掺锂渣再生混凝土弹性模量及应力-应变曲线试验

通过改变锂渣掺量及再生粗骨料取代率,对混凝土进行轴心抗压试验。确定其弹性模量、峰值应变的计算公式;分析应力-应变曲线和应力比-泊松比曲线的变化规律;建立掺锂渣再生混凝土的本构关系。结果表明,适量再生粗骨料和锂渣可以有效提高混凝土弹性模量、峰值应力和峰值应变。再生粗骨料取代率是30%,锂渣掺量是20%时,其弹性模量和峰值应力较未掺锂渣的普通混凝土增长17.22%和48.2%。     

再生卵石骨料混凝土力学性能及其应力-应变本构关系

采用以卵石为粗骨料的原生混凝土作为再生混凝土来源,通过破碎、筛分获取再生卵石粗骨料,配制再生卵石骨料混凝土.以取代率为变化参数,设计99个试件.通过试验,获取其立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比等力学性能指标及应力-应变全过程曲线.分析了再生卵石骨料混凝土损伤演化、变形和能量耗散等力学性能.采用分段式本构关系模型和损伤本构关系模型对再生混凝土的应力-应变本构关系进行研究,并提出相应的本构方程.结果表明,与天然混凝土相比,再生卵石骨料混凝土的抗压、抗折强度略为增大,而弹性模量、变形系数与耗能系数则有不同程度的降低;不同取代率下,再生混凝土应力-应变曲线与天然混凝土相似,但下降段变得陡峭;再生混凝土损伤发展较为迅速,尤其在ε=(3~5)×10-3之间;分段式本构方程和损伤本构方程的计算结果均与实测值吻合较好.     

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.     

不同应变率下再生混凝土动态力学性能分析

基于动态损伤问题的势能原理基面力元法,利用再生混凝土随机圆骨料模型,针对应变率敏感性对再生混凝土动态力学性能的影响问题进行研究,讨论了不同应变率(10-5/s~10-2/s)下,再生混凝土立方体试件的应力—应变关系的变化规律。研究结果表明:随应变率的增大,试件的峰值应力、弹性模量逐渐增大,基面力元法可以用于模拟再生混凝土细观结构和宏观动态力学性能的关系。     

再生粗骨料对再生混凝土自生收缩的影响

在测试两种再生粗骨料特性及其再生混凝土基本性能的基础上,系统研究了不同再生粗骨料取代率、不同附着砂浆率的再生粗骨料对再生混凝土自生收缩的影响.结果表明:再生混凝土自生收缩的发展趋势和普通混凝土相似;随着再生粗骨料取代率增加,混凝土自生收缩增大;附着砂浆率大的再生粗骨料对混凝土自生收缩的影响更大;再生粗骨料对混凝土自生收缩的不利影响比对强度的不利影响更大.     

再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

完成了不同再生粗骨料取代率下再生？昆凝土的单轴受压应力-应变全曲线试验，分析了再生粗骨料取代率对再生混凝土的应力-应变全曲线形状和再生混凝土抗压强度、弹性模量、峰值及极限应变的影响．研究表明，再生混凝土的应力-应变全曲线的总体形状与普通混凝土的相似，但曲线上各特征点的应力和应变值有所区别；再生混凝土的棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值高于普通混凝土；再生混凝土的峰值应变大于普通混凝土；再生混凝土的弹性模量明显低于普通混凝土．再生混凝土应力-应变全曲线的上升段和下降段可以分别用3次多项式和有理分式拟合．     

基于试验二维随机骨料再生混凝土抗压强度研究

制作42个再生混凝土立方体试块并测试其立方体抗压强度,基于二维随机骨料理论推导符合试验用粗骨料级配的二维骨料分布曲线,生成二维随机骨料混凝土有限元模型模拟其抗压强度并与试验结果进行对比.结果表明:再生混凝土抗压强度总体上随再生粗骨料取代率的上升而降低,但再生粗骨料取代率为50%时,试验与有限元模拟结果均存在强度升高的变异现象.随着再生粗骨料取代率的上升,再生混凝土抗压强度峰值应力对应的平均应变有所延后.     

再生混凝土准静态压缩力学性能试验

将废弃混凝土经破碎、清洗、筛分、分级,按一定比例相互配合后制成再生混凝土粗骨料,用其部分或全部代替天然粗骨料配制的新混凝土称为再生混凝土。通过制作5组再生粗骨料不同取代率(0,25%,50%,75%,100%)的标准立方体和非标准圆柱体再生混凝土试样,开展一系列的准静态单轴压缩力学性能试验,分析再生混凝土抗压强度、应力应变曲线、峰值应变以及杨氏模量等与再生粗骨料取代率之间的关系。试验发现再生粗骨料取代率与抗压强度、峰值应变和杨氏模量之间呈非线性变化规律,再生混凝土的应力应变曲线与普通混凝土类似。试验结果可为再生混凝土的工程应用提供参考。     

骨料粒径对混凝土力学性能影响研究

为研究粗骨料平均粒径对混凝土力学性能的影响,利用MTS试验机进行了M40、M80和M110砂浆及对应不同粗骨料粒径混凝土的准静态压缩与劈裂试验,获得了各试件的准静态压缩应力-应变曲线和劈裂应力-时间曲线,分析了粗骨料粒径对不同等级混凝土的影响程度,并借助双因素方差分析方法研究了砂浆抗压强度和骨料粒径对混凝土抗压强度的影响程度.结果表明:随着粗骨料粒径的增加,混凝土的抗压强度、杨氏模量和抗拉强度具有相似的变化趋势,即呈现出先增大后减小的趋势,粗骨料粒径对混凝土抗压强度的影响随着砂浆强度的增加而变大,对杨氏模量的影响却随着砂浆强度增大而减小;砂浆抗压强度对混凝土压缩强度的影响程度要大于骨料粒径.      

废旧砖再生骨料混凝土配合比设计的试验研究

以建筑垃圾废旧砖为原材料制作再生粗骨料和再生细骨料部分取代天然粗骨料和天然细骨料,以粉煤灰和矿粉部分取代水泥配制废旧砖再生骨料混凝土,采用正交试验设计方法进行废旧砖再生骨料混凝土的抗压强度试验,采用极差分析和方差分析确定出各因素影响再生黏土砖混凝土强度的显著性.试验结果表明:最佳配合比为A_2B_2C_2D_3;四因素对混凝土抗压强度影响主次顺序为再生粗骨料取代率,粉煤灰取代率,再生细骨料取代率,矿粉取代率;各因素不同水平对再生骨料混凝土强度影响的规律为,混凝土抗压强度随再生粗骨料取代率、粉煤灰取代率和再生细骨料取代率的增大而减小;矿粉取代率在25%时,其强度最大.     

基于再生骨料方位的模型再生混凝土损伤演化分析

制作了正方形模型骨料以及不同放置方位情况下模型再生混凝土,试验研究其受压破坏过程中裂缝发生、发展规律,并利用数字图像相关技术和有限元模拟相结合的方法分析应变分布与发展情况,总结归纳再生骨料方位对再生混凝土损伤演化规律的影响。研究结果显示,骨料水平方向放置时应变集中现象首先出现在骨料两侧的界面区;当骨料放置为22.5°时,试件强度和割线模量均高于其他两种情况,应变集中首先在骨料上下两顶点处孕育并向骨料两侧界面区发展成裂缝;当骨料放置为45°时,骨料上下两顶点处应变集中程度最高。在荷载达到80%峰值荷载之前,模型再生混凝土的应变集中程度相对模型普通混凝土要小,对于3种骨料放置方位,分别小15%、32%和39%,这是因为老砂浆的弹性模量介于天然骨料和新砂浆之间,所以削弱了应变集中程度。根据再生骨料放置方位对其损伤演化规律影响的研究,证明可采用去除骨料尖端和减少针片状骨料含量的方法对再生骨料进行优化改性。     

CA砂浆力学性能的应变率敏感性及本构关系

为研究水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)力学性能的应变率敏感性,采用微机控制电子万能试验机进行了CA砂浆在不同应变率下的应力-应变压缩试验.结果表明,CA砂浆的力学性能随着应变率的增大而增大,裂纹扩展速度的限制、侧向变形的惯性作用及沥青网络结构的横向约束导致了CA砂浆力学性能的应变率敏感性.文中还建立了CA砂浆的应变率本构关系,该本构关系能够精确模拟CA砂浆的峰值强度与弹性模量,整个变形过程中的拟合结果与试验结果的复相关系数均大于0.93.通过对应变率本构关系的敏感性分析可知,应变率越高,CA砂浆的韧性和应变率敏感性越低.     

高强再生混凝土常规三轴受压本构曲线试验

为了研究高强再生混凝土单轴及常规三轴应力状态下的受压应力-应变全曲线特征,通过RMT - 201完成43个Φ50 mm× 100 mm圆柱体试验,分析了不同围压、不同再生粗骨料取代率对高强再生混凝土强度、峰值应变以及全曲线的影响,提出了高强再生混凝土应力-应变曲线本构方程.试验结果表明:高强再生混凝土试件破坏形态与普通...     

海水海砂再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线

为探究海水海砂再生混凝土（SSRAC）力学性能,设计了不同配合比下海水海砂再生混凝土棱柱体试件,并进行了单轴受压应力?应变全曲线测试。在试验加载应变率10^-5 s^-1和10^-2 s^-1下,得到了试件的破坏模式,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律以及应变率、再生粗骨料（RCA）取代率和贝壳含量对上述指标的影响规律,讨论了海水海砂再生混凝土的动态增长因子（DIF）。基于电子计算机断层扫描（CT）测试得到了海水海砂再生混凝土内部的孔隙分布,对应力?应变曲线的特征指标变化趋势进行了解释。最后,在现有再生混凝土单轴受压本构模型的基础上,考虑特征指标的动态增长因子,通过修正下降段形状系数得到了预测应力?应变全曲线。     

废玻璃再生混凝土基本力学性能试验研究

以再生粗骨料取代率、废玻璃取代率和水胶比为变量进行废玻璃再生骨料混凝土基本力学性能试验研究,研究了各变量对废玻璃再生骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量的影响规律。研究结果表明：废玻璃再生混凝土的基本力学性能随着再生粗骨料取代率的增加而降低;废玻璃再生混凝土的基本力学性能随着废玻璃使用比例的增加均有不同程度的降低;废玻璃再生混凝土的基本力学性能随水胶比的减小而增加,但增加的幅度较普通混凝土小。