三维垂直裂纹在材料界面的扩展及影响因素

 针对三维垂直裂纹扩展到双材料界面时的路径选择问题,建立了双材料三维垂直裂纹在界面扩展的计算模型,提出了三维垂直裂纹在材料界面扩展的3 种方式及判断准则;以线弹簧模型模拟两种材料间的界面胶结情况,得到了裂纹在界面处的剪切位移及剪切应力,结合虚拟裂纹扩展技术计算能量释放率沿裂纹边缘的分布情况,分析了裂纹长度、界面参数及材料弹性模量对裂纹扩展路径的影响。结果表明,随着裂纹长度的增大,界面剪切位移逐渐增大,界面容易发生剪切滑移;随着界面参数的增大,能量释放率减小,同时,剪切位移也随之急剧减小,说明界面参数的增大对阻止裂纹穿透界面及沿界面扩展具有明显作用;当裂纹在较硬材料内时,裂纹容易穿透界面进入较软材料内。     

再生骨料混凝土抗压强度的试验研究及其机理分析

通过试验研究再生骨料取代率对C20、C30再生骨料混凝土(RAC)流动性和抗压强度的影响,结果表明:再生骨料混凝土坍落度随再生骨料取代率增大而减小;当再生骨料取代率为20%、40%、60%、80%和100%时,再生骨料混凝土抗压强度较普通混凝土均明显降低,最大降幅分别达27.5%、28.4%;取代率为50%时再生骨料混凝土抗压强度较普通混凝土分别高出7.2%、6.1%。SEM图像显示旧浆体区内存在较多微裂纹,而新浆体区结构更致密。再生骨料取代率及界面过渡区微观结构是影响再生骨料混凝土抗压强度的主要因素。提高再生骨料品质、优化再生骨料级配、改善界面过渡区微观结构是提高再生骨料混凝土抗压强度的根本途径。     

粗骨料/浆体界面性能对混凝土力学性能影响的数值模拟

为了研究粗骨料/浆体界面过渡区对混凝土力学性能的影响,利用随机骨料模型生成二维混凝土数值试件,采用基于内聚力损伤的界面本构关系对混凝土数值试件进行了单轴受压和三点弯曲断裂细观数值模拟,分析了粗骨料与硬化水泥浆体界面粘结强度对混凝土力学性能的影响。研究结果表明:当非均质因子小于0.7时,界面粘结强度对混凝土的抗压强度和弹性模量影响很小,而当非均质因子大于0.7时,抗压强度和弹性模量快速增长;非均质因子与混凝土的断裂能呈线性增长关系;混凝土断裂破坏过程中断裂裂纹绕过骨料沿着界面曲折性扩展。     

垂直于双材料非完美界面的裂纹断裂分析

当垂直裂纹到达两种材料界面时,其进一步的扩展受多种因素影响。采用线性弹簧模型模拟两种材料间的非完美界面,用能量释放率作为描述裂纹扩展的参量,结合有限元方法与虚拟裂纹闭合技术（VCCT）,提出了一种垂直于双材料非完美界面裂纹扩展能量释放率的计算方法;研究分析了能量释放率的影响因素。结果表明,界面参数对能量释放率有较大影响,尤其是沿裂纹法线方向的界面参数对能量释放率影响更大,存在上、下临界的界面参数,当界面参数大于上临界值或小于下临界值时,能量释放率达到极值,基本不受界面参数的影响;当裂纹在较软材料内时,能量释放率随着裂纹逐渐靠近界面而减小,反之,能量释放率增大;能量释放率随材料二弹性模量的增大而减小,随外载荷及裂纹长度的增大而增大,且外载荷及裂纹长度越大,能量释放率的增幅越大。     

再生细骨料残余浆体对混凝土流变性和强度的影响

文章开展再生细骨料残余浆体的定量表征实验、混凝土常规工作性能试验、流变性能试验和力学性能试验,研究不同残余浆体质量分数对再生细骨料混凝土流变性能和力学性能的影响。研究发现,再生骨料表面残余浆体的去除可以明显改善其基本性能,再生细骨料的使用会使新拌混凝土的坍落度和扩展度损失加快,屈服应力增大,塑性黏度降低。随着再生细骨料残余浆体质量分数的减少,用其制备出的再生混凝土的抗压强度和劈裂抗拉随之增大。当浆体质量分数为14.9%时,骨料水泥界面过渡区粘结紧密,再生细骨料混凝土的28 d抗压强度和劈裂抗拉强度分别为28.50、2.30 MPa,约为普通混凝土的89%、77%,表明较低残余浆体质量分数的再生细骨料可取代天然砂应用于混凝土中。     

碳纤维增强轻骨料(陶粒)混凝土的单轴力学性能和断裂机理

本文对轻骨料(陶粒)碳纤维混凝土和轻骨料混凝土单轴抗压试验的结果进行分析和对比,发现掺入质量比为5%的碳纤维后,轻骨料混凝土的抗压强度提高2%-3%,弹性模量也有所增大.根据应力-应变关系和试件破坏断面图像,运用纤维间距理论,得出了轻骨料(陶粒)碳纤维混凝土中碳纤维间距平均为2.05mm,单方碳纤维轻骨料混凝土中碳纤维的数量为3.77×107根.结果表明,轻骨料(陶粒)碳纤维混凝土的抗裂能力和断裂韧性均有提高.     

再生骨料无砂透水混凝土抗冻性能试验研究

本试验对再生骨料无砂透水混凝土的抗冻性能和透水性能进行了研究.试验结果表明:经25次快速冻融循环后,随着孔隙率和水灰比的增大,再生骨料无砂透水混凝土的抗压强度损失率、透水系数也随着增大,质量损失率在水灰比为0.35孔隙率为20%时最大.当水灰比为0.35,孔隙率为15%时,再生骨料无砂透水混凝土的综合性能最好,抗压强度为25MPa,透水系数为4.38mm·s-1,冻融质量损失率为1.08%,抗压强度损失率为5.93%,符合再生骨料透水混凝土抗冻性要求.     

高性能人造硅酸盐骨料及其混凝土的性能研究

 利用固体废弃物研制了一种高性能的人造硅酸盐骨料,期望可以取代天然骨料用于混凝土制备。采用水热合成的方法,将工业固体废弃物制备成堆积密度为859 kg/m³,筒压强度最高达20.65 MPa 的人造硅酸盐骨料。将人造硅酸盐骨料作为粗骨料配制混凝土,混凝土的28 d 抗压强度为52.26~68.71 MPa,表观密度为1881~1949 kg/m³。在基体相同的情况下,将人造硅酸盐骨料与普通石子进行等体积替换,配制的混凝土的28 d 抗压强度相当,但人造硅酸盐骨料混凝土的表观密度比普通混凝土降低约20.5%,具有轻质高强的特点,能够达到结构混凝土的要求。从混凝土的破坏形态看,人造硅酸盐骨料与基体的界面结构比天然骨料好,界面强度高,无界面剥落的情况发生。     

基于骨料断裂率的混凝土断裂力学性能研究

为了从细观层次上研究混凝土的断裂力学性能,采用图像分析法计算了三点弯曲试验中试件断裂面上的骨料面积,得到骨料断裂率AF/A,定性分析了混凝土抗拉强度、抗压强度与骨料断裂率的关系。分析结果表明:骨料断裂率随混凝土强度提高而增大且逐渐趋近于50%。对比各断裂参数随混凝土骨料断裂率的变化规律发现,CMODc、CTODc和wc随骨料断裂率的变化较小,断裂能随骨料断裂率的提高先增大后减小,在AF/A为42.9%处取得最大值。     

再生粗骨料取代率对再生保温混凝土抗压强度离散性影响

对再生保温混凝土(简称为RATIC)的抗压强度和抗压强度离散性的规律进行了分析。通过改变RATIC中再生粗骨料的取代率,对比分析不同再生粗骨料取代率对RATIC的抗压强度和离散性的影响;并且探索出其相应的规律。以再生粗骨料不同取代率为基础的研究试验发现:当再生粗骨料取代率为30%时,RATIC抗压强度相对于取代率为0%的保温混凝土的抗压强度值没有发生显著变化;当再生粗骨料取代率在30%以上时,随着再生粗骨料取代率的增加,RATIC抗压强度值出现明显下降的现象;当再生粗骨料取代率达到70%时,相对应的RATIC抗压强度出现最低值。与此同时,RATIC在不同再生粗骨料取代率对应下的抗压强度标准差值的波动幅度也较为明显;当再生粗骨料取代率在0~100%时,RATIC的抗压强度标准差在0.97~1.71 MPa之间变化;并且当再生粗骨料取代率为50%时,RATIC抗压强度标准差达到最大值1.71 MPa。     

玉米芯骨料生态混凝土的物理和力学性能

基于多源固废开发玉米芯骨料生态混凝土,并对其物理和力学性能进行试验研究.结果表明：当玉米芯吸水量为其吸水率的80%时,生态混凝土强度最高,玉米芯中的水分可对水泥起到内养护作用;当玉米芯的体积分数为30%～50%时,生态混凝土的干密度为1 200～1 550 kg·m^-3、抗压强度为2.0～5.7 MPa、抗折强度为0.21～1.00 MPa、收缩应变为380×10^-6～590×10^-6;生态混凝土的弯曲分为弹性阶段、裂缝产生、裂缝扩展和破坏4个阶段,玉米芯颗粒在其中起到桥联作用,可约束裂缝的产生和扩展,所得生态混凝土的弯曲韧性为0.86～3.78 kN·mm.     

基于LDPM模型的胶凝砂砾石料细观力学性能

通过室内单轴抗压强度试验,探究不同水泥掺量对胶凝砂砾石料力学性能的影响。结果表明:随着水泥掺量的提高,胶凝砂砾石料弹性模量及抗压强度逐渐增大,其力学性能由类似于堆石料逐渐演变为类似于碾压混凝土。为了研究材料的破坏机理,采用细观格构离散粒子模型(lattice discrete particle model,LDPM),建立材料细观模型,对胶凝砂砾石料单轴受压状态下细观裂缝扩展情况进行模拟,数值模拟得到的应力-应变曲线与实验数据相吻合;通过裂缝开度云图可以看出,在弹性阶段几乎没有裂缝产生,直至轴向应力达到抗压强度值后,裂缝逐渐萌生、扩展,最终形成平行于压力方向的多条裂纹,导致试件破坏。裂缝主要延砂浆与骨料之间的界面层扩展,骨料基本未破碎。通过LDPM模型可以有效模拟胶凝砂砾石料细观裂缝的形成与发展机理。     

聚合物胶乳超细水泥灌缝材料的力学性能

针对水泥路面早期裂缝类病害出现频率不断升高,有机灌浆材料难以满足苛刻的裂缝界面条件及自然环境,研究开发了苯乙烯/丙烯酸脂类共聚物R161乳液改性U型超细水泥裂缝修补材料(RMFC),基于修补材料的工作性能研究,重点对其力学强度、裂缝粘结性能、收缩性及耐久性进行了全面的试验研究。结果表明:改性后的修补材料RMFC的抗折强度可提高50%以上;界面粘结强度较基准浆体提高了36%;抗渗、抗腐蚀及耐磨性均得到明显改善;其路用性能得到全面提升。     

废弃烧结砖制备植被型渗蓄生态材料

采用不同粒级的废弃烧结砖为骨料,谷壳灰为掺合料,研制适用于植被生长的新型渗蓄生态材料。探索骨料粒级、水泥用量及谷壳灰掺量等因素对材料吸水率、抗压强度、渗透系数、表观密度及植被生长的影响规律;并确定渗蓄材料的最优骨料粒级和合理配合比,以制备强度较高、渗蓄性好、植物种植良好的渗蓄生态材料。研究表明:最优骨料粒级为2.36~4.75mm;未掺谷壳灰时,合理水泥用量为283 kg/m~3,材料吸水率为24%,强度大于4.5 MPa,渗透系数为5.4 cm/s,表观密度为1 210 kg/m~3;掺谷壳灰时,较优的水泥与谷壳灰总质量为346 kg/m~3,谷壳灰掺量为10%,吸水率大于27%,强度大于4.5MPa,渗透系数为4.4 cm/s,表观密度为1 250 kg/m~3,且植被生长情况最优。以谷壳灰为掺合料不仅可提高材料的渗蓄性能,还可为植物生长提供养分,促进植被生长。     

再生粗骨料取代率对再生保温混凝土抗压强度离散性影响研究

本文对再生保温混凝土（以下简称为RATIC)的抗压强度和抗压强度离散性的规律进行了介绍分析。通过改变RATIC中再生粗骨料的取代率,对比分析不同再生粗骨料取代率对RATIC的抗压强度和离散性的影响,并且探索出其相应的规律。以再生粗骨料不同取代率为基础的研究试验发现：当再生粗骨料取代率为30 %时,RATIC抗压强度相对于取代率为0 %的保温混凝土的抗压强度值没有发生显著变化;当再生粗骨料取代率在30 %以上时,随着再生粗骨料取代率的增加,RATIC抗压强度值出现明显下降的现象;当再生粗骨料取代率达到70%时,相对应的RATIC抗压强度出现最低值;与此同时,RATIC在不同再生粗骨料取代率对应下的抗压强度标准差值的波动幅度也较为明显,当再生粗骨料取代率在0 %~100 %时,RATIC的抗压强度标准差在0.97~1.71 MPa之间变化,并且当再生粗骨料取代率为50 %时,RATIC抗压强度标准差达到最大值1.71 MPa。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝力学分析

文章以宁连公路南京段水泥混凝土路面改造工程为应用研究对象,通过有限元计算分析了沥青混凝土加铺层反射裂缝的受力特性,为加铺层的结构和材料设计提供依据。研究表明,随着加铺层厚度的增加,裂缝尖端应变能密度呈减小趋势,但面层厚度增大到一定程度后,减小的程度趋于缓慢。随着格栅模量的增加,裂缝尖端应变能密度值不断减小;当格栅模量超过2000MPa后,继续增加格栅模量,裂缝尖端应变能密度的减小速度变慢。当沥青稳定碎石模量在800～1000MPa时,裂缝尖端的水平应力和应变能密度较小,对加铺层反射裂缝的防止有重要作用。     

压电复合材料中垂直于极化方向具有不对称共线裂纹的圆形孔口问题

利用复变函数方法,通过构造广义保角映射,研究了压电复合材料中垂直于极化方向具有不对称共线裂纹的圆形孔口问题,给出了电不可渗透边界条件下裂纹尖端的场强度因子和机械应变能释放率的解析解.在极限情形下,该解析解可给出具有对称共线裂纹的圆形孔口,带单裂纹的圆形孔口和Griffith裂纹等构型的相应结果.基于该解析解,通过数值算例讨论了具有不对称共线裂纹圆形孔口的裂纹长度以及半径对机械应变能释放事的影响规律,得到一些重要结论.     

金属薄膜裂纹扩展的分子动力学研究

研究了冲击载荷作用下金属薄膜表面裂纹扩展的微观机制,采用分子动力学方法对Cu薄膜进行模拟计算,求得冲击载荷作用下带有表面裂纹模型的系统动能、应力、应变及微观结构变化图.当系统从压应力转变为拉应力状态时,裂纹上的原子获得较大动能,裂纹尖端原子开始发生溅射,继而晶格内部出现空位.当拉应力达到364385MPa时,空位扩大形成裂尖钝劈现象,裂纹发生扩展.结果表明:在高速冲击载荷作用下,金属薄膜裂纹扩展主要原因是系统能量和应力的变化使得微裂纹尖端出现钝劈损伤.     

水泥粉煤灰稳定碎石配合比设计

通过强度、干缩和冲刷试验，研究了水泥粉煤灰稳定碎石混合料的组成结构对混合料强度的影响，水泥质量分数与粉煤灰质量分数的最优比例，水泥质量分数及结合料总质量分数对混合料干缩和冲刷性能的影响。提出了混合料配合比设计方法：首先测试低质量分数水泥7d龄期抗压强度，以确定混合料的最优集料质量分数；接着以后期抗压强度增幅指标（180d／28d）确定水泥质量分数与粉煤灰质量分数的最优比例；最后从抗冲刷和抗干缩性能考虑，前两步选定的配合比水泥质量分数应控制在3％-5％之间，结合料总质量分数不应超过25％。