影响混凝土断裂性能若干因素的试验研究

采用RILEM推荐的双参数：临界应力强度因子(KIC^S)和临界裂缝尖端张开位移(CTODC),同时还采用了特征长度lch研究了不同粗骨料粒径、不同硅灰掺量以及不同养护条件下这3个因素对混凝土断裂特性的影响。试验结果表明,粗骨料粒径增大,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子增大,脆性减小;标准养护时间越长,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度以及临界应力强度因子的值越大,混凝土的脆性越小;掺加硅灰提高了混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子,但却增大了混凝土的脆性。     

普通混凝土与高强混凝土抗压强度的尺寸效应

通过对27组边长为100,150,200mm,强度等级为C20,C40和C60的普通混凝土和高强混凝土立方体试件进行抗压试验,系统研究了不同强度等级普通混凝土和高强混凝土试件立方体抗压强度的尺寸效应,建立了强度等级与立方体抗压强度尺寸效应的关系,得到了普通混凝土和高强混凝土抗压强度尺寸效应的临界尺寸和临界强度,提出了立方体抗压强度尺寸效应律的计算公式,并通过试验数据验证了该公式的适用性.试验结果表明：普通混凝土与高强混凝土的立方体抗压强度均具有较明显的尺寸效应现象,强度等级越高,尺寸效应越明显,C20混凝土立方体抗压强度尺寸效应度约为C60混凝土的55%.     

负温高强混凝土技术研究进展

回顾与总结了近十年来我国负温高强混凝土技术的研究状况与主要研究问题,涉及到负温高强混凝土的配合比设计、冻结模式、强度发展规律、抗冻临界强度、损伤过程、可靠度、防冻剂作用机理等问题,说明了我国冬期施工在这一领域中所取得的主要成果,并提出了供讨论用的负温高强混凝土今后的研究方向。     

氯氧镁水泥钢筋混凝土通电锈蚀的断裂性能分析

为了得到氯氧镁水泥钢筋混凝土开裂时的临界锈胀力,基于断裂力学研究了氯氧镁水泥钢筋混凝土在通电锈蚀试验下的断裂性能.根据Glinka-Shen权函数法,利用已知参考荷载下的裂纹尖端应力强度因子,得到孔边单裂纹方形板的权函数;然后推导出孔边单裂纹方形板的裂纹尖端应力强度因子计算公式;最后,由混凝土断裂准则给出通电锈蚀下混凝土开裂时临界锈胀力的计算公式及变化规律.结果表明:随着裂纹长度的增加,裂纹尖端应力强度因子增加,临界锈胀力减小;随着钢筋直径的增加,裂纹尖端应力强度因子减小.     

负温高强混凝土冻结损伤结构模糊可靠度分析

从负温高强混凝土的冻结损伤特征出发,利用负温高强混凝土的抗冻临界强度区域的模糊性,研究了负温高强混凝土的冻结损伤结构模糊可靠度问题,初步建立了模糊可靠度指标βf和初指标βα的概念,同时,导出了β f的近似计算公式,以C50～C60级高强混凝土的KI型裂缝冻结为例说明了模糊可靠度的分析方法.     

负温高强混凝土冻结损伤结构模糊可靠度分析

从负温高强混凝土的冻结损伤特征出发 ,利用负温高强混凝土的抗冻临界强度区域的模糊性 ,研究了负温高强混凝土的冻结损伤结构模糊可靠度问题 ,初步建立了模糊可靠度指标 βf 和初指标βα 的概念 ,同时 ,导出了 βf的近似计算公式 ,以C5 0～C6 0级高强混凝土的KI 型裂缝冻结为例说明了模糊可靠度的分析方法     

应用双参数模型法研究早龄期混凝土的断裂特性

本实验采用了RILEM推荐的"双参数模型"(TPM)研究了早龄期混凝土的临界应力集中因子K5IC和临界裂缝尖端开口位移CTOD这两个断裂参数.试验同时采用高强混凝土和一般强度混凝土作为试验对象,至少取4根同一龄期的混凝土用于试验.试验龄期为12小时,1天,2天,3天,7天和28天.试验结果表明相对于成熟混凝土来说,早龄期混凝土的这两个参数值比较低;在同一龄期,高强混凝土的这两个参数值要比一般强度混凝土的对应值要高.     

高强耐蚀钢筋黏结锚固性能研究

通过24个高强耐蚀钢筋与普通混凝土黏结锚固试验,分析了混凝土抗拉强度、锚固长度、配箍率、保护层厚度及钢筋直径对其黏结性能的影响,拟合了新型钢筋混凝土黏结锚固强度公式。结果表明:该种新型钢筋混凝土与普通钢筋混凝土的黏结锚固性能及影响因素基本相同;但是由于钢筋外形参数的改变使得其黏结强度高于普通钢筋;同时运用中心点法对该种高强耐蚀钢筋混凝土进行了临界锚固长度可靠度分析,为该新型钢筋临界锚固长度提供建议。     

600 MPa级钢筋与高强混凝土黏结锚固性能试验研究

为探讨600 MPa级高强钢筋与高强混凝土的黏结锚固性能,设计制作42个中心置筋的拉拔试件。通过单边拉拔试验,分析了混凝土强度、保护层厚度和锚固长度等因素对600 MPa级高强钢筋与高强混凝土黏结性能的影响,探讨了各影响因素对其黏结强度的影响规律。利用试验数据进行回归分析,给出了600 MPa级钢筋与混凝土的临界锚固长度经验计算式。该计算值较GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的基本锚固长度值小,说明600 MPa级钢筋的锚固长度按GB 50010—2010计算能够满足使用要求。     

高性能混凝土的自身收缩

自上世纪80年代以来,基于混凝土技术的进步,高强高性能混凝土越来越普遍地应用于各种类型的建筑结构.混凝土材料强度的提高,可以有效地降低建筑物的自重,尤其适宜高层建筑和大跨度桥梁的建造.相对于普通混凝土,使用高强高性能混凝土还能够减少资源的消耗,有利于可持续发展.但是,不管是在实际工程应用中,还是在试验室都发现,高强高性能混凝土普遍具有发生早期裂纹的趋势,而且在采取措施有效地控制住湿气的挥发和温度的变化后,仍然不能消除裂纹的产生.这意味着干燥收缩或者温度收缩不是这些裂纹产生的原因.研究发现,许多观察到的高强高性能混凝土的早期开裂问题,都可以归结于混凝土的自身收缩.     

混凝土强度对钢纤维混凝土断裂韧度的影响

通过混凝土和钢纤维混凝土三点弯曲切口梁试验,探讨了混凝土强度等级和钢纤维对混凝土断裂韧度的影响.试验结果表明,随着混凝土强度的提高,混凝土和钢纤维混凝上的断裂韧度逐渐增加.根据对试验结果的统计分析,建立了混凝土和钢纤维混凝土断裂韧度的计算公式.     

长龄期中低热混凝土断裂性能试验研究

为了研究水泥种类对长龄期混凝土材料断裂参数的影响,采用楔入劈拉试验和强度试验的方法,再结合双K断裂理论,对比分析低热和中热硅酸盐水泥混凝土的断裂性能。试验结果表明:长龄期低热混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度与中热混凝土的比值分别为1.11、1.07倍;相同初始缝高比条件下,长龄期低热混凝土的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能明显高于中热混凝土;低热和中热混凝土的起裂断裂韧度都与初始缝高比无关,可视为材料的固有参数,失稳断裂韧度随初始缝高比的增加而减小;亚临界裂缝扩展量都随初始缝高比的增加而减小,随初始缝高比的增加,混凝土材料的韧性越差,裂缝扩展越不充分;相同初始缝高比条件下,中低热混凝土的亚临界裂缝扩展量相差不大。     

极地低温环境下混凝土断裂性能试验研究

为研究寒区和极地低温环境下混凝土结构的抗裂性能,设计了36个试件,对其进行了三点弯曲梁断裂试验,分析了20~-80 ℃温度区间内混凝土双K断裂韧度、断裂能和特征长度等关键断裂参数。结果表明：低温环境下,混凝土粗骨料和砂浆界面强度有所提高,横截面上有更多粗骨料发生断裂破坏;随着温度的降低,混凝土梁开裂荷载及峰值荷载有所提高,荷载-位移曲线斜率变大;混凝土断裂性能在低温环境下明显增强,其起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能均随温度的降低得到提高;低温环境下混凝土脆性变大,特征长度随温度的降低而减小。对低温作用下混凝土断裂能的增强规律进行定量分析,拓展CEB-FIP MC2010混凝土断裂能计算模型的适用范围。基于低温环境下立方体抗压和劈裂抗拉试验结果,分别提出了混凝土断裂能计算模型。     

Influence of steel fibres on strength and ductility of normal and lightweight high strength concrete

This paper presents the results of a series of experiments conducted to investigate the effectiveness of fibre inclusion in the improvement of mechanical performance of concrete with regard to concrete type and specimen size. Lightweight aggregate concrete and limestone aggregate concrete with and without steel fibres were used in the study. The compressive strength of the concrete mixes varied between 90 and 115 MPa and the fibre content was 1% by volume. Splitting tests on prisms and three-point bending test on notched beams were carried out on specimens of varying sizes to examine the size effect on splitting strength, flexural strength and toughness.

The experimental findings indicate that the low volume of fibre has little effect on compressive strength but improve remarkably splitting tensile strength, flexural strength and toughness. The increase in splitting tensile strength, flexural strength and toughness index for lightweight concrete seems much higher than that of normal aggregate concrete.

The size effect on prism splitting tensile strength is not significant beyond a critical (transition) size. There are apparent size effects on flexural strength and toughness index. As the specimen size increases, splitting and flexural strengths appear to decrease, and fracture behaviour tends to be more brittle.     

钢纤维高强混凝土的断裂韧度

本文用三点弯曲试样测定了钢纤维高强混凝土的断裂韧度ＫＩＣ，试验研究表明：钢纤维高强混凝土的断裂韧度明显大于普通钢纤维混凝土的断裂韧度。另外，还试验研究了裂缝深度变化对断裂韧度的影响．     

生态钢纤维混凝土弯曲韧性和断裂性能

为掌握生态钢纤维混凝土的弯曲韧性和断裂性能,分别对掺率(体积分数)为1.0%,1.7%,2.4%的2种异形生态钢纤维混凝土和掺率为0.7%,1.3%的原生高强钢纤维增强混凝土进行了无切口梁四点弯曲韧性试验和切口梁三点弯曲断裂试验。研究结果表明:生态钢纤维掺率为1.0%时,无切口梁四点弯曲荷载 挠度曲线和切口梁三点弯曲荷载 挠度及荷载 切口张开位移曲线在达到峰值后都出现局部陡降,试件残余强度较小,断裂韧度值较低,纤维对改善混凝土弯曲韧性和断裂性能的作用较小;当生态钢纤维掺率为1.7%时,混凝土弯曲韧性和断裂性能均得到显著提高,混凝土在变形达到15δ_ult,p（δ_ult,p为素混凝土峰值荷载对应的挠度）或70D_ult,p（D_ult,p为素混凝土峰值荷载对应的切口张开位移）水平时,依然具有较高的持荷能力和较好的韧性,波浪型生态钢纤维混凝土断裂能和断裂韧度是素混凝土的27.59倍和8.35倍;生态钢纤维掺率为2.4%时,混凝土弯曲韧性指标、断裂能和断裂韧度进一步增加;掺率为1.7%的生态钢纤维混凝土增韧和抗断裂效果与掺率为0.7%的原生高强钢纤维混凝土相当。     

钢纤维体积率对高强混凝土断裂性能的影响

通过对相对切口深度为0.2、0.3、0.40、.5的钢纤维高强混凝土三点弯曲试验,研究钢纤维体积率对高强混凝土断裂性能的影响。结果表明:在相对切口深度为0.20、.3、0.4、0.5的条件下,随着钢纤维体积率的增大,钢纤维高强混凝土断裂韧度和断裂能均显著增加。通过对试验结果的统计分析,分别建立断裂韧度、断裂能与劈拉强度之间的关系式。     

珍珠岩基相变骨料混凝土断裂特性试验与分析

先以硬脂酸丁酯为相变材料,膨胀珍珠岩为基体材料,石灰石粉末为表面改性材料制备珍珠岩基相变骨料（PBPCA）,再用其等体积取代混凝土中的部分砂制备珍珠岩基相变骨料混凝土（PBPCAC）;通过三点弯曲梁试验和立方体试块拉压比,研究PBPCA掺量不同时PBPCAC的断裂特性和韧性.结果表明：PBPCAC的断裂过程分为裂缝产生、裂缝发展和裂缝失稳3个阶段;其裂缝产生阶段较普通混凝土长,裂缝失稳阶段较普通混凝土短;PBPCAC的临界有效裂缝长度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度与普通混凝土大致相同;PBPCA的掺加未明显改变混凝土的延性和韧性;PBPCAC具有较好的抗断裂性能.     

混凝土等效断裂韧度的解析方法

基于虚拟裂缝模型,提出一种计算混凝土三点弯曲梁等效断裂韧度的解析方法,并将虚拟裂缝面上黏聚力分布曲线简化为双线性.采用该方法,只要测得混凝土弹性模量Ec和抗折强度fr,就可以计算梁的极限衙载P()和临界等效裂缝长度ac,进而求得等效断裂韧度Kic,而不需要进行断裂试验.     

混凝土断裂韧度、特征长度随强度、龄期变化规律

以HSC、MSC和NSC抗压、弯折和断裂试验数据为依据 ,针对HSC、MSC和NSC的断裂韧度、特征长度及破坏机理展开讨论。研究结果表明 :断裂韧度随强度、龄期的增加而增大 ;特征长度随强度的增加而减小 ;特征长度与混凝土的龄期无关 ;HSC的断裂韧度KIC明显高于MSC和NSC ,特征长度Lch小于MSC和NSC ,即HSC强度高、均质性好、裂缝阻力大、破坏更呈脆性