第2届化学激发材料研发进展国际学术会议

<正>由湖南大学、南京工业大学、中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室和湖南省硅酸盐学会共同主办,国际材料与结构研究试验联合会(RILEM)、美国混凝土学会(ACI)、中国硅酸盐学会、中国土木工程学会、中国混凝土外加剂协会和中国水泥混凝土制品协会协办的第2届化学激发材料进展国际学术会议于2014年6月1~3日在湖南大学举行。国家首批"千人计划"入选者、湖南大学史才     

首届与微观结构相关的水泥基复合材料耐久性国际会议

2008年10月13—15日，由东南大学、荷兰代尔夫特工业大学（Delft University of Technology）、中国工程院、江苏省建筑科学研究院共同主办，RILEM（土木工程材料、系统与结构试验室和专家国际联合会）、ACI（美国混凝土学会）、中国土木工程学会（CCES）、中国国家自然科学基金委员会（NSFC）和中国硅酸盐学会等支持（Technical Sponsor）协办的首届与微观结构相关的水泥基复合材料耐久性国际会议在南京隆重召开。     

聚丙烯长纤维高性能混凝土性能研究

根据国际标准对两种长径比的新型聚丙烯长纤维增强高性能混凝土的工作度、含气量、强度及弯曲韧性进行了试验研究.其中对这两种纤维混凝土的弯曲韧性按照国际材料与结构联合会(RILEM)标准进行了深入的研究,得出了不同组纤维混凝土的能量吸收值和等效抗弯强度.试验表明,聚丙烯长纤维具有良好的增韧效果,长径比大及单位质量根数较多的纤维增韧效果更为显著.     

混凝土锈胀开裂的断裂过程分析

应用线弹性断裂力学基础理论,结合弹性力学研究成果,得到了钢筋均匀锈蚀导致锈胀裂缝扩展至表面前的锈胀力与裂纹张开位移的关系.结合混凝土的双K断裂准则,分析了混凝土锈胀开裂过程的断裂韧度及其影响因素.研究结果表明:钢筋直径与保护层厚度及混凝土强度是影响混凝土锈胀开裂发展的主要因素;适当增加混凝土保护层厚度、选用小直径钢筋和选择高性能混凝土均有利于抵抗锈胀裂缝的扩展.     

拱坝的开裂计算

在试验研究的基础上,建立了岩石与混凝土结合面三维裂缝扩展的强度准则;运用上述强度准则及有限元分离裂缝模型提出了拱坝开裂的计算方法,并给出了应用实例。     

用于贮存核废料混凝土断裂能的影响因素分析

为确保核废料贮存的长期耐久性,参照国际材料与结构联合会标准(RILEM),分别在常温和受热150℃后,对混杂纤维混凝土和素高强混凝土进行三点弯曲试验.结果表明:1)受热前,纤维混凝土的断裂能为素高强混凝土SP-13的6.3~12.0倍;受热后,为其12.0~16.7倍;2)大尺寸钢纤维A和C对混凝土能量吸收方面的作用优于小尺寸钢纤维B和聚丙烯纤维;钢纤维C(剪切压痕型)对混凝土断裂能的改善效果优于钢纤维A(剪切螺纹型)和钢纤维B(超短超细型);3)综合利用弯曲韧性指标以及断裂能极差、方差对比分析,钢纤维A和C适用于核废料混凝土容器材料.     

Ⅰ型裂纹的高强混凝土梁断裂性能试验研究

为了研究Ⅰ型裂纹高强混凝土梁在静荷载作用下裂缝尖端微裂区扩展规律,采用三点弯曲梁试验方法。结合双K、双G理论模型分析不同初始缝高比对高强混凝土起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度及应力强度因子的影响。试验结果表明:缝高比对起裂荷载与失稳荷载有较大的影响;双K、双G模型得出的起裂韧度理论值很接近且初始缝高比对断裂韧度无明显影响。     

重力坝坝踵断裂扩展模拟方法

混凝土建筑物中的裂纹扩展追踪计算是确定结构安全度的重要手段.本文提出用虚拟裂纹单元及断裂力学准则(应变强度因子)追踪和模拟裂缝初始断裂、扩展并最终导致破坏的过程,给出一条逐段扩展的裂纹线.本方法计算结果与混凝土坝实测资料及模型试验结果吻合较好.     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂试验研究

通过混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂试验设计及成果分析,基于双K断裂准则,分别计算了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂试件失稳断裂破坏时考虑断裂过程区影响的临界有效裂缝长度ac及其对应的应力强度因子KⅠ和KⅡ,建立了考虑断裂过程区影响的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂判据,并用二次抛物线拟合了其临界曲线.与不考虑断裂过程区影响的判据临界曲线相比,考虑断裂过程区的影响,可提高裂缝稳定性计算的安全度,降低材料抗裂性能的要求.     

混凝土断裂韧度及临界裂缝尖端张开位移--基于虚拟裂缝模型的分析

将虚拟裂缝模型与线弹性断裂力学相结合 ,利用楔入劈拉试件在实验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc,求得了混凝土裂缝亚临界扩展量Δac 的解析解 ,据此计算了最大尺寸为 12 0 0mm× 12 0 0mm× 2 0 0mm的楔入劈拉混凝土试件的起裂断裂韧度KsIc、失稳断裂韧度KeIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc 研究结果表明 ,随着试件尺寸的增加 ,Δac 增大 ,但其增长幅度明显减小 ;而KsIc、KeIc、CTODc 却是与试件尺寸无关的断裂参数 因此 ,双K断裂准则可很好地描述混凝土裂缝的起裂、稳定扩展及失稳破坏过程     

应力对混凝土断裂参数测定有效性的影响

对于线弹性材料,裂缝尖端平行于裂缝方向的T应力会影响裂缝的扩展方向和起裂断裂韧度,然而在混凝土类准脆性材料的断裂韧度测试中,无论是起裂断裂韧度还是失稳断裂韧度,T应力的影响却少有研究.以混凝土Ⅰ型断裂韧度测试常用的三点弯曲梁、楔入劈拉试件为对象,计算了裂缝尖端的T应力大小,并分析了其对裂缝扩展方向和断裂韧度的影响.分析计算结果表明:这些常用试件裂缝尖端的T应力相比于裂缝尖端控制因素应力强度因子K很小,不会影响裂缝扩展方向,保证了混凝土断裂失稳前一直处于Ⅰ型裂缝状态;另外,T应力对起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的数值也不会产生影响,说明常用试件进行的混凝土断裂韧度确定方法是可靠有效的.     

双K准则中起裂韧度K_(IC)~(ini)的讨论

讨论了双K准则中起裂韧度的有关问题,分析了混凝土三点弯曲梁和楔入劈拉2种典型试验方法下,起裂韧度与失稳韧度的比值随起裂荷载与最大荷载比值及初始缝长与等效临界缝长比值变化的关系;用已有试验成果确定了2种典型试验方法下,混凝土起裂韧度和失稳韧度比值的大致范围;对混凝土起裂韧度的工程应用进行了讨论。     

不同结构沥青混合料反射裂缝数值模拟与比较

为了得到不同结构下的沥青混合料中反射裂缝的发展情况,将密实悬浮、骨架密实和骨架空隙这3种结构的沥青混合料小梁生成数字试件,并运用扩展有限元方法(XFEM)数值模拟进行虚拟试验,得到裂缝在沥青混合料中自下而上反射扩展的过程,同时选取AC,ATB,SMA和LSPM等4种典型沥青混凝土材料,考察其抵御反射裂缝的能力.通过对比分析4种典型沥青混凝土材料中裂缝在密实悬浮、骨架密实和骨架空隙3种结构中的扩展路径和沥青混合料在不同裂缝扩展阶段下的力学响应,发现沥青混合料的骨架结构越明显,裂缝开展的最大位移和最终长度越小,裂缝发展最后阶段最大主应力越小,裂缝越不能自由发展.因此,骨架结构可以有效减少反射裂缝,提高材料的抗反射裂缝能力.     

双K准则中起裂韧度KiniIC的讨论

讨论了双K准则中起裂韧度的有关问题,分析了混凝土三点弯曲梁和楔入劈拉2种典型试验方法下,起裂韧度与失稳韧度的比值随起裂荷载与最大荷载比值及初始缝长与等效临界缝长比值变化的关系;用已有试验成果确定了2种典型试验方法下,混凝土起裂韧度和失稳韧度比值的大致范围;对混凝土起裂韧度的工程应用进行了讨论.     

钢筋混凝土结构的细观尺度模型及裂缝扩展模拟

基于细观尺度模型,研究了钢筋混凝土结构在荷载作用下的裂缝扩展情况并进行了数值仿真.首先,建立了混凝土结构的两相复合材料分析模型;其次,通过引入空间相关系数,对既有的Weibull力学参数分布模型进行了改进,使之体现单元之间力学性质的相关性;随后,构建混凝土及钢筋的本构方程,考虑到求解效率,利用应变能密度等效准则对混凝土三折线本构关系进行了简化;然后基于ANSYS平台开发了裂缝扩展模拟程序模块,通过引入裂缝贯通监控因子,对相互贯通后的裂缝实行自动化处理,提高了仿真的鲁棒性.为验证本文方法的有效性,将数值分析结果与3根不同剪跨比的钢筋混凝土简支梁加载后的裂缝开展情况进行了对比,模拟结果与试验现象吻合较好.     

混凝土坝裂缝失稳扩展判据

由于混凝土坝裂缝在失稳扩展前常发生亚临界扩展,难以测量混凝土坝裂缝尖端张开位移,且通过试验获得稳定的临界裂缝尖端张开位移比较困难,因此不能直接应用裂缝尖端张开位移理论分析混凝土坝裂缝失稳扩展.针对该问题,推导了裂缝开度与裂缝尖端张开位移之间的几何关系,通过类比建立了一个基于实测的裂缝开度δ的裂缝失稳扩展判据,提出了以统计学原理及小概率法确定判据中临界裂缝开度cδ的方法,并给出了确定临界裂缝开度cδ的具体步骤.研究表明,该判据具有一定的适用性和可操作性,能直接应用于大坝的安全管理.     

混凝土窄条断裂区模型及其应用

以大量的实验观察结果为依据，提出了描述混凝土类半脆性固体材料失稳断裂前存在着裂缝稳定缓慢增长过程的窄条断裂模型．根据这一模型，提出了采用ＣＴＯＤｃ作控制参数来求解失稳断裂前的有效裂缝扩展量Δａｃ和等效断裂韧度～ＫＩＣ的计算方法．结果表明，将初始缝长ａ０加上Δａｃ进行有效裂缝长度修正后求得的～ＫＩＣ与试件尺寸无关，因而ＣＴＯＤｃ和～ＫＩＣ有希望作为控制混凝土类半脆性固体材料断裂的双参数准则．     

混凝土裂缝扩展阻力曲线

近年来徐世Lang和H．W．Reinhardt提出的基于粘聚力的裂缝扩展阻力曲线（KR阻力曲线），揭示了准脆性材料裂缝扩展过程中粘聚力与裂缝扩展阻力之间的关系，反映断理解过程区软化特性的混凝土软化本构关系与KR阻力曲线的解析密切相关。为了获得较为精神的KR阻力曲线，首先应确定合理的软化本构关系。结合混凝土三点弯曲切口梁试验，就软化本要关系、试件尺寸、材料强度对KR阻力曲线的影响进行了研究。     

多相导电混凝土的受弯开裂自监测性能

将结构型钢纤维(SF)、碳纤维(CF)及纳米炭黑(NCB)作为多相导电材料加入混凝土中,研究了多相导电材料对混凝土开裂后的力学性能、导电性能及裂缝扩展自监测性能的影响.建立了混凝土梁的受拉区表面电阻变化率(FCR)与裂缝张开位移(COD)之间的关系.结果表明:导电相材料的加入能够显著提高抗弯强度与弯曲韧性;多相导电材料对弯曲性能及裂缝扩展的自监测性能具有正混杂效应;电阻变化率与裂缝张开位移呈线性关系.     

混凝土基体材料断裂特性试验研究

以水泥净浆和水泥砂浆两种最为基础的混凝土基体材料为研究对象研究了它们的断裂特性.采用三点弯曲梁试件按强度和尺寸系列分别设计了3组断裂试件,获得了P-CMOD全曲线,并测得了起裂荷载.试验结果表明,即使在基体中加入粒径很小的骨料也会大大改善基体的断裂性能.水泥净浆并不是理想的脆性材料,它在断裂过程中也呈现出一定程度的非线性断裂行为,即在失稳破坏前存在着稳定的裂缝扩展过程,且这个过程随着抗压强度的提高而变短.试件尺寸越大起裂越早,裂缝稳定扩展阶段也越长.由此,根据水工混凝土断裂试验规程计算了水泥净浆和砂浆双K断裂参数,并对结果进行了分析讨论.