混凝土界面特性与力学性能的细观数值分析

将混凝土等效为由骨料、水泥砂浆及二者间的界面所构成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法建立混凝土随机骨料模型。采用线性应力-裂缝宽度关系来表征混凝土材料的各相软化力学行为,利用扩展有限元法对单轴拉伸条件下混凝土材料的界面特性与力学性能进行数值分析。分析结果表明,随着界面强度提高,混凝土强度、断裂能和延性增大,破坏模式由单一贯通裂纹向多条非贯通裂纹过渡;混凝土弹性模量随界面弹性模量的增加而增大;界面厚度减小时,混凝土材料的强度、弹性模量、断裂能增加,界面厚度对混凝土力学性能弱化作用变小。     

轻集料对轻质超高性能混凝土性能影响研究

以万州新田长江大桥工程为依托,通过试验研究了轻集料的颗粒级配、粒径、粒型、筒压强度和预湿程度等对轻质超高性能混凝土(LUHPC)工作性能、力学性能和收缩的影响,同时通过轻集料孔结构分析和SEM初探了轻集料改善LUHPC性能的微观机理。研究结果表明:随着轻集料最大粒径的减小和筒压强度的增大,LUHPC的表观密度增大,力学性能提高;当细轻集料粒径2.36～4.75mm∶1.18～2.36mm为7∶3时,细轻集料与各种粉料间的堆积程度最大,抗压强度最高;圆球型细轻集料制备最适合制备LUHPC;随着轻集料预湿饱水程度增加,LUHPC内部相对湿度提高,LUHPC收缩减小。高强细轻集料的多孔结构,可以吸收大量水分,混凝土在凝结硬化后可形成轻集料-水泥石界面处的嵌锁结构,从而大幅度提升LUHPC性能。     

羧基丁苯对含橡胶粒的轻骨料混凝土改性研究

研究了羧基丁苯乳液对含有橡胶粒的陶粒轻骨料混凝土的改性效果.研究表明:在含有橡胶粒的陶粒轻骨料混凝土体系中加入羧基丁苯乳液时,乳液能改变轻骨料混凝土中水泥石-陶粒、水泥石-胶粒的界面的结合程度,填充有害孔洞,增强水泥石的致密性,从而提高轻骨料混凝土的抗压强度、抗折强度,降低了混凝土的干缩,但会导致骨料混凝土韧性变差.     

高强轻集料钢筋混凝土梁抗剪性能试验

为研究高强轻集料钢筋混凝土梁的抗剪性能,通过对10根高强轻集料混凝土梁和1根普通高强混凝土梁在集中荷载作用下的抗剪试验,研究了混凝土强度、配箍率、剪跨比等因素对构件抗剪强度的影响,分析了几种不同抗剪承载力公式的适用性.试验结果表明,高强轻集料钢筋混凝土梁斜截面破坏型态和普通混凝土梁相似;随着混凝土强度的提高,极限抗剪承载力提高的幅度较小;配箍率的提高,能提高极限抗剪承载力,但对斜裂缝的开裂和临界斜裂缝承载力影响很小.原规程JG J12-99中所规定的抗剪承载力公式不仅适用于普通轻集料混凝土,对于估算高强轻集料有腹筋梁的抗剪承载力也是适用的.     

掺废橡胶微粒的再生混凝土物理力学性能

为了探索综合利用废弃混凝土和废弃轮胎2种废弃材料的可行性,研究了掺加废橡胶微粒的再生混凝土的物理力学性能.试验结果表明,橡胶微粒的掺入改善了新拌再生混凝土的工作性,显著减小了橡胶集料再生混凝土的密度,但其强度随之降低,与橡胶集料混凝土相近.经聚合物改性,水泥水化产物和橡胶微粒之间形成一层聚合物膜"桥",改善了水泥石结构形态,提高了橡胶集料再生混凝土的延性.     

钢纤维高强混凝土断裂性能的试验研究

通过18个尺寸为200mm×170 mm×100mm的钢纤维高强混凝土和素高强混凝土楔劈试件拉伸试验,研究了钢纤维类型、体积率对高强混凝土断裂韧度(KIC)、断裂能(GF)、临界裂缝嘴张开位移(CM0DC)和裂缝尖端张开位移(CTODC)的影响.试验结果表明,钢纤维体积率对高强混凝土的断裂性能有显著影响;与铣削型和剪切波纹型相比,切断弓型钢纤维对钢纤维高强混凝土断裂性能的提高更为显著,断裂韧度增益比分别提高了19.9%,25.2%,断裂能增益比分别提高了355.4%,148.0%,临界裂缝嘴张开位移增益比分别提高了163.3%,148.4%,临界裂缝尖端张开位移增益比分别提高了225.9%,935.8%.     

煤矸石集料混凝土耐久性研究

为了探讨煤矸石集料配制水泥混凝土的耐久性,从宏观和微观上对煤矸石集料混凝土进行了耐久性试验.研究表明,测试的各种煤矸石集料都为非碱活性集料;煤矸石掺量在一定范围内不会明显降低混凝土的抗渗性;随着煤矸石集料掺量的增加,煤矸石混凝土的力学性能并没有降低,但混凝土的抗冻性能明显降低;气泡间距系数不能确切地评定煤矸石混凝土的抗冻性,集料吸水率也是影响煤矸石混凝土抗冻性能的因素;煤矸石混凝土的水泥石-集料界面结构不同于普通混凝土.对于煤矸石集料应用于水泥混凝土中,本研究提出了煤矸石掺量、吸水率、压碎值和针片状含量4个指标.     

混掺纤维增强轻集料混凝土研究

研究了单一纤维和混掺纤维对轻集料混凝土的韧性、抗压抗折强度、工作性以及表现密度的影响。结果表明，纤维的加入使混凝土的工作性下降，均匀性改善，抗压抗折强度提高，韧性显著改善。通过弯曲韧性指数能很好地衡量轻集料混凝土的韧性。     

粉煤灰陶砂次轻混凝土的制备与性能

用碎石、粉煤灰陶砂和河砂作为混合集料配制不同细集料组成的次轻混凝土试样,研究它们的力学性能和热学性能。与普通混凝土相比,掺入少量粉煤灰陶砂（陶砂体积分数为25%）的次轻混凝土抗压强度得到提高,表现出较为理想的轻质高强特性。上述现象归功于混合细集料中大小颗粒搭配较好,陶砂的微泵内养护效应以及陶砂表面具有潜在活性物质参加火山灰反应,强化了陶砂与水泥石的界面强度,使掺入体积分数为25%陶砂的次轻混凝土在各龄期具有最高的强度。与普通混凝土相比,当次轻混凝土中陶砂体积分数为25%时,其导热系数可降低42%,即掺入适量陶砂可明显提高混凝土的保温隔热性能。     

混凝土疲劳裂缝的研究

采用光学显微镜对经历不同周次疲劳荷载作用而破坏的混凝土试件内部疲劳裂缝进行了观察，并对粘结裂缝和基体裂缝的长度进行了统计。观察和分析结果显示界面区预先存在尺寸细小的微裂缝，由初始微裂缝引发的粘结裂缝既存在于粗集料与砂浆的界面区，也存在于水泥石与细集料之间的界面区；基体裂缝可以由邻近的细集料与水泥石之间粘结裂缝贯穿而形成，也可以存在于水泥石中；疲劳裂缝的数量随试件破坏前所承受的荷载循环次数（即疲劳寿命）的增加而增多；粘结裂缝占疲劳裂缝的多数，且其相对数量有随疲劳寿命的增长而增加的趋势。     

轻骨料性能对界面区微观结构的影响

目的研究不同吸水率轻骨料制备的混凝土中骨料-水泥石界面区的微观形貌、水化产物的钙硅质量比、水泥石的显微硬度以及孔结构等性能参数．方法采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱分析（EDXA）、显微硬度以及孔结构等试验手段,并与普通骨料混凝土进行对比分析．结果轻骨料-水泥石界面区各项性能均优于普通骨料,轻骨料吸水率越大、表面越粗糙,界面区水泥石结构越致密,孔结构呈细化趋势,低、中、高吸水率轻骨料-水泥石界面区显微硬度较普通骨料分别提高15．8％、79．6％和96．3％,界面增强层厚度为40～60μm,并且,中、高吸水率陶粒混凝土中,距骨料-水泥石界面-10～0μm范围内具有一个明显的内增强层．结论轻骨料性能对界面区水泥石微观结构具有显著影响,中、高吸水率轻骨料可使界面区结构得以改善．     

循环荷载下橡胶混凝土的断裂特性

为了研究循环荷载下橡胶掺量对混凝土断裂力学性能的影响,对5种不同橡胶掺量(0、5％、10％、15％、20％)的带缺口混凝土梁分别开展了单调和循环加载断裂试验.根据断裂试验获得的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线计算了橡胶混凝土的断裂能和耗散能,结合典型橡胶混凝土试件的破坏形态,综合分析了加载工况及橡胶颗粒掺量对混...     

混凝土材料细观结构断裂数值模拟

在细观层次上，应用蒙特卡洛法，在二维平面上建立了混凝土多边形骨料随机分布结构模型。对该模型采用有限元方法，根据最大周向正应力准则，以混凝土三点弯曲梁试件为例，进行了开裂过程的模拟，得出了裂纹在基质、骨料及界面中的扩展路径。仿真分析表明，混凝土试件的承栽能力随着组成骨料粒径的不同而变化，中对此进行了讨论。     

沿晶脆性断裂的非平衡统计理论研究

目的研究晶体中的沿晶脆性断裂行为．方法用非平衡断裂统计理论框架并且考虑了晶体内部三叉结对裂纹阻塞的影响．结果在非平衡断裂统计理论框架下统一导出了沿晶微裂纹长大速率、沿晶断裂几率、可靠性、断裂强度统计分布函数、断裂韧性以及一些随晶粒尺寸变化的统计平均值等物理量．结论建立了沿晶脆性断裂非平衡统计理论．     

基于孔隙压力黏结单元的准脆性材料水力劈裂模拟

传统数值方法对水力劈裂的模拟一般采用预设裂缝扩展路径,且将水流作用等效为压力荷载,难以反映裂缝渗流-开裂耦合效应. 采用自编程Python脚本程序批量插入孔隙压力黏结单元,考虑裂缝渗流-开裂耦合作用模拟准脆性材料水力劈裂随机扩展全过程. 在对经典理论模型及试验结果模拟验证的基础上,开展含多裂缝均质模型的水力劈裂全过程分析,并进一步建立混凝土细观尺度水力劈裂模型,分析骨料、界面过渡区和基体渗透性对混凝土劈裂全过程的影响. 结果表明,本研究模型可以有效模拟准脆性材料水力劈裂失效过程,准脆性材料多缝开裂过程伴随微裂缝的分叉扩展而非光滑的裂缝扩展路径,骨料及界面过渡区影响劈裂扩展路径造成裂缝分叉出现,混凝土基体的渗透性对其抵抗水力劈裂不利并影响失效软化过程.     

Study on equivalent strength for crack directors of RCC arch dam based on size effect rule

The size effect rule of roller compacted concrete (RCC) fracture toughness was reached on the analysis of fracture toughness of RCC specimens, which have been done by project team. And then the rule was applied to the calculation formula of equivalent strength of crack director in the RCC arch dam, thus a simple and useful formula was reached. The study shows that the equivalent strength of crack directors increases with the increasing intensity of concrete, but the surplus rate of strength of crack directors section decreases with the increasing intensity of concrete and the distance between centers of adjacent crack directors, and that bilateral interval crack directors are more efficient in weakening the strength of section than unidirectional interval crack directors in the case of the same distance between adjacent crack director centers. A good design for crack directors of RCC arch dam is proposed via the rule.     

基于声发射技术的高韧性水泥基复合材料开裂损伤特性

研究了同等抗压强度等级的普通混凝土和高韧性水泥基复合材料的抗弯拉力学性能,采用声发射(AE)技术对比检测和分析了二者在三分点弯曲荷载作用下的开裂损伤规律。力学测试结果表明,高韧性水泥基复合材料具有较高的抗弯拉强度和应变硬化能力。AE检测结果表明,随着普通混凝土强度的增大,AE信号幅度增大,但其AE事件总数增长规律和幅值分布规律与强度无明显关系;高韧性水泥基复合材料AE信号的幅值和分布密度均比同等抗压强度等级的普通混凝土小;普通混凝土试件的断裂过程区主要集中在断裂面附近,而高韧性水泥基复合材料基本已覆盖了整个纯弯段,在细密裂缝的扩展过程中高强纤维对裂尖能量进行了有效的吸收和传递。     

季冻区聚丙烯纤维网混凝土的低温抗裂性能

针对普通混凝土易开裂、耐久性不良等问题,通过室内试验探讨聚丙烯纤维网混凝土的低温抗裂性能.利用weibull分布,研究在常温、冰冻及冻融循环状态下纤维掺量对水泥混凝土断裂能和疲劳寿命的影响.结果表明,聚丙烯纤维网具有提高混凝土耐久性的作用,冻融后抗压强度提高13.9%;早龄期抗裂性随着聚丙烯纤维掺量的增加而提高,在掺量为0.9 kg/m3时经济性最佳.     

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比。结果表明：利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载一裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析。