粗骨料最大粒径对混凝土性能影响的试验研究

在相同配合比条件下,对粗骨料最大粒径为10 mm,20 mm,30 mm,40 mm和60 mm的5组混凝土试件进行了试验研究.结果表明:混凝土的强度随粗骨料最大粒径的增加呈普遍增大的趋势.弹性模量的实测值与经验公式的计算值相差不大[1].混凝土断裂韧度随粗骨料最大粒径的改变而变化,当Dmax=40 mm时,断裂韧度均达到最大值.     

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.      

定侧压下大坝原级配混凝土强度和变形试验研究

利用大连理工大学自行研制改造的液压伺服静动态三轴试验系统进行了不同骨料级配和尺寸的混凝土试件定侧压下的双轴压强度和变形性能试验.试验所用试件有3种:采用大坝原级配最大骨料粒径为80mm的立方体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为250mm×250mm×250mm、150mm×150mm×150mm、100mm×100mm×100mm.试验过程中,测得了所有试件两个加载方向的应力和应变,并根据试验结果,系统地探讨了不同级配混凝土在定侧压下的极限强度和变形、应力-应变曲线以及破坏形态的变化规律,发现大骨料混凝土在定侧压下的极限强度和变形能力要比相应的湿筛小骨料混凝土提高更多;最后分别在主应力空间、主应变空间和八面体应力空间建立了不同级配混凝土的破坏准则,为水工大体积混凝土按多轴强度理论进行设计提供了试验依据.     

不同骨料粒径混凝土声发射特性分析

通过研究3组普通混凝土轴心受压试件,以不同粗骨料最大粒径作为变量,研究其应力-应变曲线特征及损伤破坏特征.利用声发射技术,研究不同粗骨料粒径普通混凝土的声发射特性,从声发射波速、能量参数、空间定位分析、损伤演化规律等角度综合评价材料特性.结果表明:混凝土的强度指标及变形性能可通过应力-应变全阶段曲线较好地反映,随粗骨料粒径增大,强度呈下降趋势,但骨料间的咬合作用明显增强.声发射波速受材料的密实程度、骨料粒径尺寸影响较大,存在随粗骨料粒径增大、波速下降的趋势.从能量角度分析破坏的全过程,应力水平-累计能量曲线4个阶段特征分明,将事件数引入材料损伤本构方程建立不同粗骨料粒径下的损伤演化模型,对实时、定量评价材料损伤程度具有较高精度.     

钢纤维再生混凝土动态冲击试验破坏形式研究

试验制作了一系列具有不同体积钢纤维掺量下的再生骨料混凝土试件,利用74 mm变截面分离式的霍普金森压杆(SHPB)进行了动态冲击压缩试验,研究了不同钢纤维掺量和气压值下再生骨料混凝土材料的破坏形态与模式,分析了材料的动态应变速率敏感性.结果表明,钢纤维再生混凝土的破坏形式与钢纤维体积掺量和应变速率有较高的相关性,对进一步进行深入研究具有指导意义.     

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...     

基于数值试验的混凝土单轴压缩裂纹分布多重分形特征

基于ABAQUS软件,利用多重分形理论对混凝土单轴压缩数值试验表面裂纹分布多重分形谱进行了定量计算.探讨了粗骨料粒径、数值试样尺寸对混凝土表面裂纹分布多重分形谱的影响.建立了基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程.结果表明,混凝土在单轴压缩数值试验条件下表面裂纹分布具有多重分形特征,满足自相似性;混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值介于1.9～2.0,随粗骨料粒径、模型尺寸的增加呈降低的趋势;基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程拟合曲线与数值试验应力-应变试验曲线吻合良好.     

带U型切槽素混凝土梁断裂特性

为了研究U型切槽的深度、切槽根半径以及骨料最大粒径对混凝土材料断裂特性的影响,本文制作了66根跨中带U型切槽的试验梁,包括了4种切槽深度、4种切槽根半径、3种粗骨料最大粒径变化的22组试件。试验采用三点弯曲方式对试验梁进行加载,利用数字图像相关方法获取切槽口张开位移,基于临界距离理论和能量密度准则对试件梁的广义断裂韧度进行分析。研究结果表明：在控制变量的原则下,试件的破坏荷载随着U型切槽深度和根半径的增加而减小,在最大粗骨料粒径为20 mm时最大;切槽口张开位移值与荷载值正相关,同一荷载下,切槽口张开位移值随着切槽深度、根半径以及骨料最大粒径增加而增大。将临界距离理论与能量密度准则得到的广义断裂韧度进行对比,说明临界距离理论可用于计算带U型切槽混凝土梁的断裂韧度及其对应的广义断裂韧度。     

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。     

混凝土材料的SHPB试验及动态性能分析

通过SHPB试验研究了混凝土材料的动态性能。考虑到SHPB装置存在的诸如应力应变不均匀、大尺寸产生的应力波弥散等缺陷,试验中选用了φ37mm的SHPB研究了混凝土材料在中应变率时的动态响应,并以试验数据为依据,分别阐述了混凝土材料的应变率效应、骨料对混凝土材料的动态响应影响及混凝土材料的应变硬化和应变软化现象。结果表明：混凝土在一定应变率范围内随着应变率的增加,其动态一静态抗压强度比呈对数线增加,且动态响应由硬化向软化过渡;骨料的抑制作用是混凝土材料表现出弹塑性特征的关键因素,也使得SHPB试验测得的混凝土动态响应曲线呈现振荡。     

大骨料混凝土在不连续点处应力和变形研究

通过试验研究大骨料三级配混凝土与其湿筛二级配混凝土在双轴受力状态下的特性,比较了二者于双轴拉压受力情况下在不连续点处的强度和变形特性,并给出了破坏准则.三级配混凝土的最大骨料尺寸为80 mm,试件最小横向尺寸为250 mm;湿筛混凝土的最大骨料尺寸为40 mm,试件最小横向尺寸为150 mm.描述了试件设计、材料配比、加载设备、减摩措施.通过对试验结果的分析看出,不论混凝土试件的骨料和尺寸大小如何,其不连续点处的两轴应力包络线都是相似的,并都可近似于一直线.混凝土在不连续点处的拉应变值与其平均应力具有较高的相关性.     

再生粗骨料替代率对再生混凝土力学性能影响

为研究19~26.5 mm粒径范围内的再生粗骨料等质量替代同粒径范围内天然粗骨料的再生混凝土的力学性能影响,采用再生粗骨料替代率为0~100%等质量替代天然粗骨料拌制了11种C30混凝土,对不同替代率下的新拌混凝土进行了抗压和劈裂拉伸试验。结果表明:再生混凝土的抗压、劈裂拉伸破坏形态与普通混凝土基本一致。当再生粗骨料替代率分别为60%和0时,再生混凝土的抗压强度与劈裂拉伸强度分别达到最大。研究结果可为再生粗骨料应用于混凝土中提供指导和借鉴。     

动态压缩下混凝土应变率效应压力与横向效应的影响与校正

混凝土在高应变率条件下具有非常明显的应变率强化效应.然而,在动态压缩试验过程中混凝土试件内也必然存在横向惯性效应;而且由于常用的混凝土动态本构关系中应变率效应与静水压影响被假设是解耦的,因此需要对其进行归一化处理.基于试验结果,利用波动力学理论,结合数值计算,对动态压缩试验中试件内的横向惯性效应和静水压效应进行分析和校正,并给出了混凝土材料压缩强度的真实应变率强化规律.研究表明:随着试件径向尺寸与应变率的增加、材料声速和破坏应变的减小,试件的横向惯性效应愈加明显;混凝土试件压缩强度在高应变率区间的应变率强化效应非常明显,对比之下,对试件内横向惯性效应与静水压影响进行校正后的混凝土材料压缩强度的真实应变率强化效应远低于前者;在高应变率区间,混凝土材料由于其内在含孔隙与随机预损伤等结构问题应该存在应变率强化效应,但随着应变率的提高,该强化趋势会减小,直至趋于一个近似恒指.      

混凝土冲击拉伸力学性能及裂纹扩展试验研究和数值模拟

为真实反映混凝土材料劈裂拉伸力学性能,基于应变片法采用分离式霍普金森压杆对混凝土平台巴西圆盘试件进行了劈裂拉伸试验,研究了不同加载角对试件起裂方式及破坏模式的影响,并对试件破坏过程进行了扩展有限元模拟,同时与试验结果进行了对比分析,得到用于测试混凝土拉伸力学性能的最优加载角.基于此得到动态劈拉下3种不同强度混凝土的劈裂拉伸应力-径向应变曲线及抗拉强度、极限应变、拉伸敏感系数等参数的应变率效应.结果表明:20°加载角可以保证圆盘在中心起裂,用于测试混凝土劈裂拉伸性能最为可靠.在高应变率下,混凝土动态力学参数均具有明显的应变率效应,裂纹沿试件受力方向扩展、贯通直至试件沿加载直径方向劈裂为两半,破坏面表现为骨料破坏,与数值模拟结果一致.     

再生骨料级配对再生保温混凝土抗压强度的影响

为研究再生骨料级配对再生保温混凝土抗压强度及其离散性的影响规律,对四种不同再生骨料级配配制的混凝土进行抗压强度试验,并计算抗压强度标准差。以骨料级配为变量,分析了再生保温混凝土抗压强度的变化趋势。研究表明:通过人工调配可提高骨料的物理性质以及优化骨料级配。级配调整后不仅可以提高混凝土抗压强度,也可有效降低抗压强度的离散性,标准差在1~3 MPa范围内。当分别增加大粒径(9.5~19 mm)、小粒径(4.75~9.5 mm)再生粗骨料时,虽依照现行普通混凝土规范[《混凝土泵送施工技术规程》(JGJ/T10-2011)]表现为级配不良,但出现了强度分别提高27.3%和14.1%的现象。同一级配下再生保温混凝土抗压强度呈正态分布,级配调整后,再生保温混凝土抗压强度正态分布曲线均值增加。再生骨料级配调整,可为再生保温混凝土的推广应用提供一定的技术手段。     

矩形钢管再生混凝土短柱的轴压性能

通过6个试件的轴心受压试验,考察了再生粗骨料取代率和截面长宽比对矩形钢管再生混凝土短柱的破坏形态、荷载-变形曲线及承载力等力学特性的影响.结果表明:随再生粗骨料取代率的增大,矩形钢管再生混凝土短柱的轴压承载力和组合弹性模量及相对承载力系数减小,而后期承载力系数增大;截面高宽比对试件相对承载力系数变化规律的影响很小,而截面高宽比越大试件的后期承载力系数越小.在选用合理的材料本构关系模型的基础上,建立有限元模型对矩形钢管再生混凝土短柱的轴压性能进行了模拟,总体上有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

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.     

混凝土梁弯拉断裂过程的细观分析

将混凝土看成是由骨料、砂浆和界面过渡层组成的三相复合材料.结合部分力学参数试验,采用非线性有限元对混凝土梁受弯拉破坏过程进行了数值模拟.按照试件的实际配比,由Walraven公式计算出各种粒径区间骨料的平面等效面积,然后由随机骨料模型生成混凝土数值试件.混凝土细观结构的破坏由最大拉应力准则判别,对于软化段,采用了应力张开位移模型以缓解计算结果的网格依赖性.计算结果表明:界面厚度取0.2～0.8 mm,对试件的荷载位移全曲线的影响不大;任意形状骨料与圆形骨料的计算结果相近;界面层断裂能对梁宏观荷载位移曲线的形状影响较大.     

粗骨料对高性能快速修补混凝土力学性能的影响

就粗骨料的品种、级配、最大粒径、空隙率以及针片状颗粒含量对高性能快速修补混凝土的力学性能的影响进行了研究。试验结果表明 :石灰石集料能有效降低混凝土的脆性 ;大小颗粒搭配合理、空隙率小的粗骨料配制的HPRRC有较高的早期抗压和抗折强度 ;粗骨料最大粒径不宜大于 2 5mm ;粗骨料中针片状颗粒含量不宜超过 4 %。