新老混凝土粘结断裂韧度计算方法探讨

本文在新老混凝土粘结试件三点弯曲切口梁断裂试验的基础上，对影响新老混凝土粘结而断裂性能的主要因素进行了显著性分析，其各因素对粘结断裂韧度影响的显著性大小依次为界面粗糙度、界面剂类型、粘结龄期、混凝土强度、混凝土粗骨料最大粒径等，并推导出新老混凝土粘结断裂韧度的多因素计算公式，可为工程设计和加固维修提供参考。     

超高韧性水泥基复合材料与锈蚀钢筋的梁式黏结试验研究

采用超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)能够有效提升水工结构构件的抗氯盐侵蚀能力。然而,在长期氯盐环境侵蚀作用下,结构内部钢筋仍然可能遭受一定程度锈蚀,进而可能影响钢筋与基体材料的黏结性能。本文通过梁式界面黏结试验,对比研究锈蚀对钢筋与UHTCC、混凝土间界面黏结性能的影响。试验结果表明,与混凝土对比试件不同,UHTCC试件均呈现出延性的拔出破坏模式,以及完整的黏结滑移全曲线。在试验的锈蚀范围内,UHTCC试件并未发生锈胀开裂,而且UHTCC中的钢筋锈蚀较混凝土中更为均匀。UHTCC试件的黏结强度随锈蚀率先增大后降低,在14%锈蚀范围内黏结强度基本没有下降,锈蚀率约16%时强度仅下降5%。在16%锈蚀范围内,UHTCC试件的黏结韧性下降仅为5%。     

现场浇筑大坝混凝土起裂断裂韧度研究

利用我国西南部某特高拱坝施工现场的拌合楼,浇筑成型骨料最大粒径150 mm的大坝混凝土楔入劈拉试件,试件尺寸分别为800 mm×800 mm×450 mm、1 000 mm×1000 mm×450 mm和1 200 mm×1 200 mm×450mm。通过试验获得现场浇筑大坝混凝土试件的起裂荷载,进而由有限元计算得到其起裂断裂韧度值,分析了龄期变化对起裂断裂韧度的影响规律,给出了起裂断裂韧度随试件尺寸的变化规律。结果表明,通过现场浇筑试件,得到大坝混凝土的起裂断裂韧度,能够真实反映大坝的实际断裂性能。现场浇筑大坝混凝土的起裂断裂韧度随着龄期增加而增加,180 d龄期的现场浇筑大坝混凝土的起裂断裂韧度在试件有效高度800~1 200 mm范围内不存在明显的尺寸效应。     

岩石与混凝土界面裂缝的断裂能及断裂韧度

用三点弯曲试件测试了岩石与混凝土界面裂缝的断裂能及断裂韧度，试验结果表明：岩石与混凝土界面裂缝的断裂及断裂韧度均小于混凝土的相应值。     

不同标号沥青对大粒径水工沥青混凝土断裂性能的影响

沥青混凝土作为一种重要的防渗材料,在水利工程中获得广泛认可。为探讨不同标号沥青对大粒径水工沥青混凝土断裂性能的影响,以70#、 90#和110#的沥青作为研究对象,进行预裂缝小梁弯曲试验。本文基于断裂力学理论分析了不同标号沥青对大粒径水工沥青混凝土临界应力强度因子、能量释放率和J积分断裂韧度的影响。结果表明：沥青标号对大粒径水工沥青混凝土的断裂性能影响显著。随着沥青标号的升高,水工沥青混凝土抗弯强度和临界应力强度因子越小,水工沥青混凝土试件在断裂时所需的断裂功也相应减小。J积分断裂韧度随沥青标号的升高而逐渐减小,表明沥青混凝土的抗断裂性能随着沥青标号的升高而变差。     

钢筋混凝土断裂参数试验研究

按照三点弯曲梁断裂试验方法测得试件最大荷载、裂缝张口位移等参数,依据《水工混凝土断裂试验规程》计算出试件的断裂韧度值。分析了钢筋在混凝土中的限裂作用,同时利用声发射技术判断起裂点。试验结果表明:采用声发射振铃计数曲线、事件计数曲线、声发射能量曲线、振幅曲线判断起裂荷载具有较高的准确性;钢筋在混凝土试件中起到限裂作用,钢筋的位置对试件断裂韧度具有一定影响。     

配筋对混凝土双K断裂参数的影响研究

为了确定在混凝土中配筋对试件断裂参数的影响,采用尺寸为1 000 mm×200 mm×200 mm的3组不同缝高比的钢筋混凝土试件进行试验。通过在初始裂缝两侧粘贴应变片确定了起裂荷载,计算出了钢筋混凝土试件的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度、临界有效裂缝长度,并与相同缝高比的素混凝土试件进行了对比。结果表明,在混凝土中配筋,其起裂断裂韧度与失稳断裂韧度分别可以提高8.6%与15%;缝高比越大,钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度值越小;钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度的比值要比素混凝土试件的小,表明在混凝土试件中加入钢筋后可以提高结构的延性;钢筋混凝土试件的初始缝长与临界有效缝长的比值介于0.65～0.88。     

四点剪切条件下岩石-混凝土界面裂缝扩展过程研究

采用四点剪切型试件进行岩石-混凝土界面断裂试验,研究不同加载方式、缝高比、偏缝率下界面裂缝的扩展过程。采用界面断裂力学的方法计算裂缝尖端应力强度因子,提出了能预测裂缝发展不同模式的界面裂缝扩展准则,结合岩石-混凝土界面的拉伸软化本构曲线,通过有限元方法对四点剪切加载条件下界面裂缝扩展过程进行模拟,数值结果与试验结果吻合良好。结果表明:在得到界面、混凝土与岩石的抗拉强度、断裂能和起裂断裂韧度后,可以采用数值的方法预测裂缝扩展的不同模式,求解岩石-混凝土界面裂缝在Ⅰ-Ⅱ复合型应力场下的起裂荷载、极限荷载、裂缝扩展长度等断裂参数,模拟裂缝扩展全过程。更多还原     

岩石与混凝土界面裂缝的断裂能及断裂韧度

用三点弯曲试件测试了岩石与混凝土界面裂缝的断裂能及断裂韧度，试验结果表明：岩石与混凝土界面裂缝的断裂及断裂韧工均小于混凝土的相应值。     

喷射超高韧性水泥基复合材料的力学性能研究

超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)是一种具有良好变形性能、裂缝控制能力和耐久性能的新型水泥基复合材料,特别适用于大坝、灌渠等水工结构的加固和修补。然而现有UHTCC材料在喷射施工过程中存在难泵送、易堵管和与结构面粘结性能差等问题,难以实现大面积快速施工,制约了该材料在实际工程中的推广和应用。本文研制出了一种可连续喷射、回弹率低的UHTCC材料,同时保证了喷射过程中纤维的均匀分散,材料硬化后仍具备拉伸应变硬化和多缝开裂特征。喷射UHTCC的压缩性能、直接拉伸性能和抗折性能试验结果显示,该材料28 d龄期抗折强度为10.30 MPa,拉伸强度为2.33 MPa,拉伸应变稳定在1.5%以上,具有延性破坏特征和良好的控裂性能,其性能可满足一般水工结构的表面加固和修补要求。     

新混凝土与碳化混凝土黏结的抗渗性能研究

试验研究了新混凝土与碳化混凝土黏结的抗渗性能,分析了水泥净浆界面剂、硅灰界面剂、减水界面剂、减缩界面剂和膨胀界面剂对新老混凝土黏结抗渗性能的影响,并探讨了其作用机理。结果表明:新老混凝土复合黏结层的渗透性远远大于原新、老混凝土的渗透性;使用硅灰界面剂时,新老混凝土黏结的抗渗效果最优;使用硅灰界面剂和减水界面剂时,在碳化老混凝土上直接浇筑新混凝土能够保证复合黏结层的抗渗性能,甚至优于清除碳化层再浇筑混凝土的抗渗性能。     

RC/UHTCC复合梁的弯曲与界面性能试验研究

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)作为一种高性能纤维水泥基复合材料,具有拉伸应变硬化特征和优异的裂缝分散能力。本文采用UHTCC局部替代受拉区混凝土,试验研究集中荷载作用下钢筋混凝土/UHTCC(RC/UHTCC)复合梁的弯曲性能。以纵筋配筋率和UHTCC层厚度为试验参数,对比RC梁与RC/UHTCC复合梁以及不同UHTCC厚度的RC/UHTCC复合梁间的破坏机理、弯曲行为、界面性能以及裂缝形态等。试验结果表明,配筋率为0.67%的RC/UHTCC复合梁表现为延性的弯曲破坏或纵筋屈服后的弯剪破坏模式,其屈服荷载较RC梁显著提高,而配筋率为1%的RC/UHTCC表现为脆性的剪切-界面黏结破坏,其承载能力基本与RC梁相当。对于RC/UHTCC复合梁,混凝土层中的单一宏观裂缝转化为UHTCC层中的多条细密裂缝,而且在界面裂缝端部UHTCC层中呈现出多条细密斜裂缝形态。此外,脆性剪切-界面脱黏破坏是由贯穿剪跨区的界面裂缝以及受压区混凝土的压碎所导致,而不是由初始的界面开裂引起。     

小骨料混凝土双K断裂参数的试验测定

双K断裂模型以起裂韧度和失稳韧度来描述混凝土裂缝扩展过程，《水工混凝土断裂试验规程》将双K断裂模型作为该规程的基本理论依据，并将该模型的双K断裂参数作为试验规程要求测定的基本断裂参数。为配合该规程的制定，本文进行了19个三点弯曲梁试件和25个楔入劈拉试件共43个试件的断裂试验，对小骨料混凝土双K断裂参数的起裂韧度和失稳韧度进行直接试验测定。所有试件均为同批浇注相同级配，最大骨料粒径为10mm，试验中采用了电阻应变片法作为确定起裂荷载的参考。结果表明，起裂荷载与最大荷载之比为0.67～0.71，起裂韧度与失稳韧度之比为0.45～0.50，变化较稳定；楔入劈拉试件高度大于等于400mm、三点弯曲梁试件高度大于等于200mm时，起裂韧度与失稳韧度基本为常数，但同组试件之间具有一定的离散性；两种试件形式的韧度值有一定的差异。根据本文试验数据计算得到的裂缝尖端开口位移临界值较断裂韧度参数更容易受到试件尺寸的影响，楔入劈拉试件高度大于600mm时，其值为0.056～0.070mm；三点弯曲梁试件高度大于300mm时，其值为0.040～0.047mm，比较稳定。     

现场浇筑大坝混凝土断裂参数与等效成熟度关系研究

不同时段浇筑的大坝混凝土处于不同的外界环境条件,即对应于不同的温度、龄期及养护条件。因此,确定现场浇筑大坝混凝土的真实断裂特性,须考虑外界环境条件不同对其的影响。本文提出"等效成熟度"的概念,研究确定现场浇筑大坝混凝土的断裂参数与等效成熟度的关系。结合大坝施工现场浇筑的不同龄期试件的断裂试验成果,分析了等效温度对大坝混凝土"断裂韧度-等效成熟度"关系的影响规律,进而给出了大坝混凝土"断裂韧度-等效成熟度"的合理关系式。结果表明,采用大坝混凝土28 d龄期内的平均气温作为等效温度,可得到较好的"断裂韧度-等效成熟度"相关关系。研究成果可为求取大坝混凝土任意时刻的真实断裂参数提供依据。     

岩石与混凝土界面断裂特性的试验研究

通过试验研究了界面断裂韧度与复合模态角的关系。利用岩石与混凝土复合梁试件进行了四点剪切试验,其优点是采用单一试件形式及加载方式即可实现较大范围模态比的界面断裂韧度测试。试验结果表明,试件发生界面断裂时,随着模态角ψ的增加,模态1(Kun1c)和模态2(Kun2c)的临界应力强度因子分别减小和增大。模态1的应力强度因子在小模态角情况下几乎不受其变动的影响,实际问题中可假定为一常数。临界应变能释放率Gun c随着模态角的增加而增加。通过非线性数据拟合,给出了Gun c与模态角的关系。更多还原     

采用底部开缝立方体劈拉试件测定混凝土起裂断裂韧度

为了测定混凝土起裂断裂韧度,提出了一种采用底部开缝立方体劈拉试件的试验方法,并采用数值分析方法拟合了该加载条件下缝尖的应力强度因子计算公式,通过测量高度为１００ｍｍ、２００ｍｍ和３００ｍｍ,缝高比为０．２、０．３、０．５和０．７的立方体劈拉试件及三点弯曲梁试件的起裂荷载,进而计算起裂断裂韧度并研究其尺寸效应。结果表明,采用底部开缝立方体劈拉试件和三点弯曲梁试件测定的起裂韧度基本一致,计算结果皆无明显尺寸效应,说明提出的方法能够有效测定混凝土起裂断裂韧度。与传统的三点弯曲梁方法相比,该方法具有试件制备简单、试验操作方便等优点,为现有的混凝土断裂参数实验测定提供有效补充。     

超高韧性水泥基复合材料抗压性能的尺寸效应研究

超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种具有超高韧性和良好耐久性能的新型混凝土材料,能够有效控制水工结构中有害裂缝的发生,提高结构耐久性。本文对标准立方体和4组不同高厚比UHTCC棱柱体试件的压缩性能进行了试验研究,得到了受压应力-应变全曲线。结果表明,UHTCC抗压性能的尺寸效应规律有别于普通混凝土。抗压峰值应变(名义应变)与真实应变关系紧密,具有近似的比例关系;高厚比大于1时,高厚比对UHTCC棱柱体强度影响不大,有别于普通混凝土棱柱体试验结果;高厚比对UHTCC棱柱体峰值应变有较大影响,在一定程度上反映了环箍效应的作用。最后,在试验结果与分析的基础上提出了一个适用于不同高厚比的UHTCC压缩应力-应变模型。     

不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件断裂过程试验研究

为探讨不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件断裂过程的差异性及其尺寸效应,设计了高度为0.25 m、0.30 m、0.40 m、0.50 m的4组16根不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件,对其进行全过程断裂试验,并分析了荷载~张口位移曲线、起裂和失稳荷载、起裂和失稳韧度等断裂参数的变化。结合双K断裂韧度计算方法,得到不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。结果表明:不同尺寸混凝土试件断裂过程具有差异性;起裂韧度不随试件高度的增加而变化,失稳断裂韧度随试件高度的增加而增大。试件高度从0.25 m增加到0.50 m时,失稳韧度增加了0.40 MPa·m1/2。     

UHTCC/RC复合梁剪切性能试验研究

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)以其多重细密稳态开裂模式在宏观上展现出拉应变硬化特征,具有优异的裂缝控制能力,可用作修补材料。采用UHTCC替代部分受拉区混凝土对有腹筋UHTCC/RC复合梁进行了剪切性能研究。试验变量为UHTCC层厚度。结果表明:不同UHTCC层厚度的UHTCC/RC复合梁,其抗剪承载力均明显高于RC对比梁;即便配置较密集的箍筋,仍然无法阻止界面剥离,但可以避免界面剥离产生的荷载抖降;UHTCC能够限制和分散上层混凝土中的裂缝。最后,给出了UHTCC/RC复合梁在实际应用中的建议。     

两片诱导缝碾压混凝土试件断裂韧度的求解

对相同削弱度不同间距的两片诱导缝碾压混凝土试件进行了轴拉试验研究,得到了其对应的等效强度值．在考虑试件尺寸修正和不同诱导缝间距修正的基础上,把碾压混凝土诱导缝缝端应变软化简化为抛物线模型,计算了不同间距谤导缝试件的断裂韧度。计算结果表明;相对于同削弱度的一片诱导缝试件的断裂韧度,两片诱导缝试件断裂韧度降低较大．并且间距对其断裂韧度有一定的影响．