玄武岩纤维混凝土冲击劈拉特性研究

利用直径100 mm的SHPB试验系统,对不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土进行平台巴西圆盘试验,研究其在冲击荷载作用下的劈裂拉伸特性。试验结果表明:BFRC的静态劈拉强度和静态抗压强度随纤维体积掺量的增大呈先增大、后减小的变化趋势;随着冲击弹速的提高,BFRC的冲击劈拉强度及冲击劈拉韧度不断增大,表现出明显的冲击强化效应;掺入玄武岩纤维可以有效提高BFRC的冲击劈拉性能,使得同一弹速下BFRC的冲击劈拉强度和冲击劈拉韧度较素混凝土普遍增大;基于本文的试验条件及配合比,玄武岩纤维的相对最优体积掺量为0.2%。     

灰粉比对苯丙乳液基水泥复合材料静态力学性能及破坏形态的影响

对不同灰粉比的苯丙乳液基水泥复合材料进行定伸、拉伸和剪切试验,通过测量弹性恢复率、拉伸剪切力学性能指标、变形性能指标、能耗性能指标和负荷位移,研究了灰粉比对苯丙乳液基水泥复合材料定伸黏结性能、拉伸力学性能、剪切力学性能及破坏形态的影响,结合FESEM试验和压汞测孔(MIP)试验结果,分析了灰粉比对苯丙乳液基水泥复合材料力学性能及破坏形态影响规律的微观机制。结果表明:适当增大灰粉比能够改善苯丙乳液基水泥复合材料的微观形貌,优化孔隙结构,提高密实度,显著增强了复合材料的力学性能;随着灰粉比的增大,苯丙乳液基水泥复合材料的定伸黏结性能逐渐降低,拉伸剪切力学性能不断增强,拉伸剪切变形性能和能耗性能均先提升后降低。灰粉比为30%~35%时,苯丙乳液基水泥复合材料的拉伸剪切力学性能最佳;灰粉比为45%时,苯丙乳液基水泥复合材料的拉伸剪切变形性能和能耗性能均低于灰粉比为20%的苯丙乳液基水泥复合材料。随着灰粉比的增大,苯丙乳液基水泥复合材料能够承受的拉伸和剪切负荷位移均先增大后减小,其破坏形态逐步由“内聚破坏”转为“黏结破坏”。      

陶瓷纤维混凝土高温损伤的小波包能量谱分析

制备了陶瓷纤维混凝土(ceramic fiber reinforced concrete,CFRC),通过超声波检测及小波包变换,在频域内对不同温度、不同冷却方式下CFRC的声波测试信号进行了分解分析。结果表明:声波测试信号的小波包能量谱同试件内部的损伤演化具有较好的相关性,随着温度的升高以及损伤程度的增大,高频分量所占能量密度不断减小,能量谱中心逐渐向低频端移动;同自然冷却情况相比,喷水冷却对能量谱分布造成的影响更为显著;基于小波包能量谱定义的损伤特征向量对CFRC高温损伤的敏感性较好,可用以判别CFRC的工况类型及损伤程度。     

高温后混凝土冲击破碎能耗及分形特征研究

为研究高温后混凝土在冲击破碎过程中的能量耗散特性及碎块块度分布规律,采用100 mm分离式霍普金森压杆装置,对不同温度（常温、200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃）作用后的混凝土进行冲击压缩实验,分析了冲击弹速和温度对试件冲击破碎能耗、破坏形态及碎块分形维数的影响。研究结果表明：同一温度下,耗散能随弹速和应变率的升高不断增大,同一弹速下,耗散能随温度的升高总体呈下降趋势;冲击破坏后混凝土破碎块度分布是一个统计意义上的分形,随弹速及温度的升高,试件破碎程度增大,碎块数目增多、尺寸减小,分形维数增大;耗散能与碎块分形维数的变化在相同温度下具有一定的正相关性。由此可见,不同温度、弹速下混凝土的冲击破碎是外部能量驱动下的分形演化过程。     

纤维早强混凝土不同龄期的动态力学性能

早强混凝土在抢修、抢建及特殊工况中应用较广,其早期动态力学性能对其正常使用、安全评估等具有重要意义。制备了纤维体积掺量为0%、0.1%、0.2%和0.3%的玄武岩纤维早强混凝土,利用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对其1d、7d和28d的动力学性能展开研究。结果表明:玄武岩纤维早强混凝土动态力学性能具有显著的应变率强化效应,动态压缩强度和比能量吸收均随着应变的升高而显著增强;随着龄期的增加,早强混凝土的动态抗压强度和比能量吸收均增大,且均表现出前期增长迅速,后期增长缓慢的规律,在对比欧洲混凝土协会(CEB)等给出的应变率增长因子(DIF)计算公式后,提出了基于龄期增长的DIF计算模型;掺入玄武岩纤维对早强混凝土不同龄期的动态抗压强度和吸能性能均有不同程度的提升,纤维掺量越大,性能改善越明显。     

高温后地质聚合物混凝土声谱特性的小波包分析

制备了矿渣粉煤灰基地质聚合物混凝土（SFGC）,通过抗压强度试验及超声波检测,研究了不同温度、不同冷却方式下SFGC强度及波速的变化规律,并运用小波包变换方法对所得声波测试信号进行分析.结果表明：利用小波包分析技术可以准确、清晰地反映出不同工况下SFGC声谱特征的变化规律;随着温度的升高以及试件损伤的演化发展,其强度、波速不断减小,各子频带内的功率谱及能量显著改变,频谱及能量谱中心向低频端移动;喷水冷却后SFGC的力学、声学特性较自然冷却情况变化更为明显;基于小波包变换的声谱特征参数对高温损伤的敏感性较好,可用以判别SFGC的工况类型及损伤程度.     

不同温度及加载速率对混凝土冲击变形韧性影响

利用Φ100 mm SHPB分离式霍普金森压杆装置研究不同温度及加载速率下混凝土冲击变形韧性。结果表明,高温后混凝土峰值、流动应变及冲击韧性均随加载速率增加而增加,应变率效应显著;试件峰前韧性比不断降低,峰后韧性比及韧性转化比逐渐升高;同一加载速率下温度升高总体上使混凝土峰值应变及流动应变增大、冲击韧性降低,试件峰前韧性比呈上升趋势,峰后韧性比及韧性转化比逐渐下降;200℃时其冲击韧性在低应变率下相对较小,在高应变率下超过常温水平。     

高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征

采用Ф100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,对高温后素混凝土(Plain Concrete,PC)及玄武岩纤维混凝土(Basalt Fiber Reinforced Concrete,BFRC)在冲击荷载作用下破碎块度分布、破碎分维及能耗特性进行研究。结果表明,冲击破坏后试件破碎块度分布为统计意义的分形,温度及弹速的升高导致试件破碎程度及分维值总体增大;BFRC分维在常温及600℃~800℃时普遍小于PC,在200℃~400℃时随弹速提高较PC先减小后增大,纤维掺量为0.2%时BFRC分维相对较大;同一温度下试件能耗密度随分维的增大而增大,相同能耗密度下分维随温度的升高而增大;BFRC分维随弹速的变化有两个临界速度特征点:起裂临界及粉碎临界弹速,在此弹速范围内,试件破碎分形演化特征明显,分维随弹速提高显著增大,且临界弹速随温度的升高逐渐下降。     

高强混凝土在冲击荷载下的力学性能

随着混凝土配比以及施工技术的改进,高强混凝土得到广泛使用,本文利用直径100 mm的分离式霍普金森压杆试验系统,研究了不同应变率下高强混凝土的动态力学性能,并对其动压强度、峰值应变、弹性模量及破坏形态的变化规律进行分析.结果表明:随应变率增大,高强混凝土的动压强度、峰值应变及破坏程度均呈上升趋势,表现出明显的应变率效应,同时,弹性模量则未出现明显变化趋势.高强混凝土具有更大的动压强度,但相对增幅下降,具有较小的率敏感性,现有CEB公式并不能有效拟合高强混凝土DIF值.同时,高强混凝土动弹性模量较大,峰值应变较小,其变形能力降低.在破坏形态分析中,高强混凝土具有更多的细小碎粒,破坏程度更大.     

高温下地聚合物混凝土损伤演化及动态本构模型研究

采用高温SHPB试验系统对高温下地质聚合物混凝土(Geopolymeric Concrete, GC)损伤演化规律及本构模型进行试验研究。结果表明,高温下GC主要力学性能指标呈显著的应变率强化效应及温度弱化效应;利用波阻抗衡量GC的高温损伤可行、有效,所得损伤演化规律能较好表征GC损伤实际情况;以静力本构模型为基础,通过引入应变率强化因子及温度弱化因子构建GC动态损伤本构模型,通过试验结果标定参数,可获得较准确的地质聚合物混凝土动态损伤本构模型。