冻融红砂岩的SHPB试验研究及细观分析EI北大核心CSCD

使用100 mm直径分离式霍普金森压杆对不同冻融循环次数的红砂岩试件进行冲击试验,得到了冻融红砂岩的应力应变曲线,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化。使用扫描电镜对冻融后的岩样进行检测,分析了冻融循环对红砂岩的影响。研究结果表明,随冻融次数的增加,峰值应力降低,且峰值应力具有明显的应变率效应,采用峰值应力相对损失量ξ对不同应变率作用下的试件进行归一化处理,ξ随冻融循环的进行近似线性变化。随冻融循环次数的增加,峰值应变逐渐增加,试件的弹性模量逐渐降低。利用扫描电镜对冻融试件的进行扫描,发现冻融循环后红砂岩试件的胶结物质大量脱落,颗粒间联接减弱。定量分析表明,孔隙面积的增加与红砂岩强度的降低有明显的相关关系。     

聚丙烯纤维水泥基复合材料的抗冻性能研究

为改善桥梁伸缩缝处混凝土结构的冻害问题,本试验成功制备了加入聚丙烯纤维的超韧性水泥基复合材料(PP-ECC),对其进行了抗冻性能研究,采用先干搅再湿搅的搅拌工艺,并以试件质量损失为评价指标,分析了冻融循环条件下材料的抗冻性能;以抗压、抗折、抗拉等指标为依据,研究了该复合材料经受不同冻融次数后的力学性能变化,并对PP-ECC的体积膨胀变形进行了时程分析。结果表明,随着冻融次数的增加,抗压、抗折、抗拉强度呈下降趋势,试件质量损失逐渐增大;冻融体积膨胀应变随着冻融温度的交替升降也呈现出时程规律性变化,此外,最大膨胀应变随着冻融次数的增加而明显增大。最后通过在相同冻融循环次数后与普通混凝土相对比,可知PP-ECC材料的基本性能指标,包括质量损失率、抗压强度、极限抗拉强度、极限拉应变、抗折强度以及抗冻融体积膨胀变形性能等仍能保持较高的水平,极限拉应变是普通混凝土的120～400倍,有显著的拉伸韧性,并且300次冻融循环后PP-ECC的质量损失率低于5%,该研究成果可为PP-ECC在国内寒冷地带桥梁伸缩缝无缝化的推广应用提供一定的理论参考。     

冻融红砂岩的SHPB试验研究及细观分析

使用100 mm直径分离式霍普金森压杆对不同冻融循环次数的红砂岩试件进行冲击试验,得到了冻融红砂岩的应力应变曲线,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化。使用扫描电镜对冻融后的岩样进行检测,分析了冻融循环对红砂岩的影响。研究结果表明,随冻融次数的增加,峰值应力降低,且峰值应力具有明显的应变率效应,采用峰值应力相对损失量ξ对不同应变率作用下的试件进行归一化处理,ξ随冻融循环的进行近似线性变化。随冻融循环次数的增加,峰值应变逐渐增加,试件的弹性模量逐渐降低。利用扫描电镜对冻融试件的进行扫描,发现冻融循环后红砂岩试件的胶结物质大量脱落,颗粒间联接减弱。定量分析表明,孔隙面积的增加与红砂岩强度的降低有明显的相关关系。     

超高韧性水泥基复合材料多次冲击压缩性能及本构关系

利用直径80 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统进行了超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composites,UHTCC)在多次冲击压缩荷载下力学性能的研究,分析了试件的应力-应变曲线随冲击次数的演化规律, 并与其他纤维增强混凝土进行对比。试验结果表明:在多次冲击荷载作用下由于损伤的累积导致加载应变率随冲击次数增加而大致呈指数递增,UHTCC的峰值强度随应变率增大而近似线性递减,峰值应变和累积吸能值逐渐增加,单次吸能值随冲击次数的增加呈先增后减的变化趋势。通过对本构模型进行探讨后发现,热激活损伤演化(TADE)模型能较好地描述UHTCC在首次冲击下的力学响应,但无法反映其在多次冲击下力学性能的演化规律;基于Weibull分布的损伤演化模型能够较好地描述UHTCC在多次冲击下的累积损伤演化规律及应力-应变曲线,在经历3次冲击作用后根据损伤程度的计算可认为试样已完全破坏,但此时试样通过PVA纤维的桥连作用仍能保持为整体,具有良好的抗破碎性。     

水泥砂浆冻融循环后单轴抗压强度试验研究

水泥砂浆在使用过程中经常会受到冻融循环的影响。本文通过模拟试验的方法,探讨了不同水灰比水泥砂浆在不同冻融循环次数下的单轴抗压强度和应力应变关系。试验结果表明,随冻融循环次数的增加,水泥砂浆应力应变关系曲线逐渐扁平,峰值应力点明显下降和右移,表明抗压强度降低,峰值应力点的应变成倍地增大。同时,本文得出了冻融循环腐蚀下水泥砂浆抗压强度随冻融次数变化的近似计算模型,对水泥砂浆在复杂环境中的应用有重要的参考价值。     

温度对PVA/ECC动态压缩性能影响

为研究不同温度、不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量和不同应变率对高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC)动态压缩性能的影响,采用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB),对高温浸水冷却后的PVA/ECC进行了冲击压缩试验,结果表明：当温度≥250℃,PVA/ECC试件冲击破坏后的整体性变差,应力-应变曲线更趋于扁平,其动态峰值应变提高不明显但动态峰值应力、冲击韧度显著降低,且高温对较大纤维体积掺量PVA/ECC动态峰值应力、冲击韧度的劣化效应更明显;温度≤150℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应力、峰值应变和冲击韧度均明显提高,但当温度≥250℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应变增大,而冲击韧度的提高幅度显著降低且动态峰值应力下降;高温水冷后的PVA/ECC仍具有明显的应变率效应,但温度≥150℃后,其抗压强度的应变率敏感性有所降低。     

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的压缩本构关系

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyF/SHCC)的力学性能是近年来的研究热点问题之一，但是目前依然欠缺HyF/SHCC压缩本构关系的深入探讨。本文研究了钢纤维(SF)-聚乙烯醇(PVA)纤维增强SHCC (SF-PVA/SHCC)的压缩应力-应变全曲线，分析了纤维对HyF/SHCC抗压强度、压缩应变以及压缩韧性的影响。研究发现，在本文研究工况下混杂纤维的引入对材料的抗压强度无明显影响，但是提高了压缩峰值应变。钢纤维对HyF/SHCC压缩韧性的影响较为显著，且随着钢纤维掺量的增大，HyF/SHCC的压缩韧性逐渐提高。基于损伤力学理论，从能量的角度提出了一种新的单轴压缩本构模型，通过与试验曲线的对比，发现该模型可以较好地预测SF-PVA/SHCC的压缩应力-应变关系。      

喷射混凝土抗冻性及冻融损伤力学行为实验研究

为系统研究喷射混凝土抗冻性能,采用快冻法,对普通喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土进行快速冻融实验,并与同配合比模筑混凝土进行对比,研究模筑混凝土与喷射混凝土抗冻性能差异;而后对冻融循环后试件进行微观结构观察,分析其性能劣化机理。结果表明,随着冻融循环次数增加,试件相对动弹性模量、质量损失率、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度呈下降趋势,且模筑混凝土性能衰减程度远大于喷射混凝土。而此时试件内部微气孔相互连通继而发展成为微裂缝,凝胶体在冻胀压力及过冷水渗透压作用下结构酥松且部分流失,进一步加剧试件性能劣化速度;钢纤维的加入可显著改善喷射混凝土内部微观孔结构,提高其抗冻性能。同时,对冻融循环50,100,150及200次后试件进行轴心抗压强度实验,分析冻融损伤对试件应力-应变曲线的影响。随着冻融损伤的加剧,试件弹性模量及峰值应力减小,峰值应变和极限应变增大,应力-应变曲线趋于扁平。经相同冻融循环次数作用时,钢纤维喷射混凝土峰值应变和极限应变增大,说明钢纤维的掺入可显著提高喷射混凝土延性及韧性。     

围压条件下砂岩循环冲击损伤的力学与超声分析

采用带围压装置的φ100mm霍普金森压杆系统,对砂岩试样进行了单轴冲击和4MPa、20MPa围压条件下的循环冲击试验,并对每次冲击前后的砂岩试样进行超声纵波检测,分析了砂岩在冲击荷载循环作用下的应力、应变特征,定义了砂岩试样的屈服-弹性比用以描述围压下试样应力应变曲线的弹塑性特征,采用纵波波速定义了砂岩试样的冲击损伤并分析了循环冲击试验中砂岩试样纵波波速和应力应变之间的关系。分析发现：在围压作用下,应力－应变曲线呈现典型的弹塑性特征。随着冲击荷载循环作用次数的增加,砂岩试样屈服应力、峰值应力降低,屈服应变、峰值应变增加。随着循环冲击作用次数的增加,砂岩试样的应力、应变特征与纵波波速之间存在良好的相关关系。较低围压状态下累计损伤度明显高于较高围压下砂岩的累积损伤,砂岩循环冲击损伤具有明显的围压效应。研究结果对地下工程的建设和防护有一定的指导意义。     

ECC单轴受拉损伤本构模型研究EI北大核心CSCD

通过单轴拉伸试验,讨论了PVA纤维体积掺入量和水胶比对工程用水泥基复合材料(ECC)受拉力学性能参数(开裂应变、开裂应力、峰值应变、峰值应力、极限应变以及应力-应变关系曲线)的影响规律。基于此,从损伤力学的角度讨论了ECC在单轴受拉过程的开裂前阶段、应变硬化阶段以及应变软化阶段的损伤演化机制。进而,基于ECC受拉损伤演化机制提出ECC受拉损伤本构模型,并给出模型相关参数的计算方法,分析表明:该文提出损伤模型得到的ECC受拉损伤演化曲线能更为合理的描述ECC的损伤演化全过程。最后,该文损伤模型计算的ECC受拉应力-应变关系曲线和试验曲线对比结果表明,所提出的模型能够合理的描述ECC受拉非线性应力-应变关系特征,且具有良好的精度。