利用边界效应理论探究骨料级配对混凝土断裂性能的影响

摘要

混凝土是一种由水、水泥、骨料和外加剂等多种组分按照一定的配合比并通常经过搅拌、浇筑、振捣和养护等工序制作而成的人工建筑材料，混凝土材料的各组分是影响混凝土性能的主要因素。目前，在骨料级配对混凝土断裂性能的影响研究方面虽然已经取得了丰硕的成果，但是这些成果主要集中于最大骨料粒径dmax的选取不同上面，而对最大骨料粒径dmax相同而大粒径骨料含量不同对混凝土断裂性能变化的研究甚是缺乏。本文通过设计8~10mm大粒径骨料含量C为15%、30%、45%、60%和100%的5种配合比（CD-15、CD-30、CD-45、CD-60和CD-100），探究了骨料级配对混凝土性能的影响。 本文提出用不均匀系数CU来定性描述骨料级配的优劣。CD-100的CU最小，骨料分布范围最窄级配不良；CD-60的CU最大，缺少中间骨料粒径级配不优。因此得到各骨料级配对应的立方体抗压强度fcu、轴心抗压强度fcp、劈裂抗拉强度fts以及断裂峰值荷载Pmax随大粒径骨料含量增加而变化的趋势均为先增后减，在含量为45%时达到最大值。 利用双K断裂模型和杨树桐解析理论分析试验结果得出，各骨料级配对应的等效裂缝扩展长度Δac与混凝土韧带高度呈正相关关系；断裂韧度对骨料级配种类和缝高比均不敏感。 采用尺寸效应理论分析试验结果得到，CD-100的临界断裂过程区等效长度cf最小，呈现更明显的脆性，其断裂过程区可能还未得到充分发展就已经发生脆性破坏；当1.33≤CU≤1.51时，随着大粒径骨料含量的增加，各骨料级配对应的临界能量释放率Gf变化的趋势为先增后减，在含量为45%时达到最大值。 采用边界效应理论分析断裂韧度结果可得，直接运用边界效应理论建立的BEM1不适用于试件数量较少导致的数据离散性显著或者各试件等效裂缝a的差值太小导致的数据有效性丧失情况；利用最大等效平均骨料粒径dave计算平均骨料粒径尺寸G构建的BEM2-1仅适用于大粒径骨料含量较少（15%左右）的混凝土；利用本文提出的名义等效平均骨料粒径davg计算平均骨料粒径尺寸G构建的BEM2-2是合理的，能在β=1.0~2.0区间拟合出较为合理的断裂韧度KIc以及抗拉强度ft。 BEM2-2针对dmax=10mm，CU≤1.48的混凝土，可用β=1.18+0.03467C拟合双K断裂模型中的失稳断裂韧度，对应的抗拉强度更接近抗折强度，误差在23%以内；用β=0.68+0.021C可拟合杨树桐解析模型中的等效断裂韧度，对应的抗拉强度为抗折强度，误差在11%以内。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 断裂力学理论

1.2.1 断裂力学的形成

1.2.2 断裂力学的内容

1.2.3 断裂力学的分类

1.2.4 断裂力学的成果

1.3 混凝土断裂力学理论

1.3.1 虚拟裂缝模型

1.3.2 钝裂缝带模型

1.3.3 双参数断裂模型

1.3.4 双K断裂模型

1.4 混凝土断裂性能研究现状

1.5 本文的研究内容

2 理论背景介绍

2.1 尺寸效应理论

2.2 边界效应理论

2.3 杨树桐解析理论

2.4 本章小结

3 试件材料及试验设计

3.1 试件原材料

3.2 配合比设计及试件制备

3.2.1 配合比设计

3.2.2 试件的制备

3.3 试验设计及结果

3.3.1 骨料的筛分试验

3.3.2 基本力学性能试验

3.3.3 直接拉伸强度结果

3.3.4 三点弯断裂试验

3.4 本章小结

4 不同骨料级配对混凝土断裂力学性能影响

4.1 双K断裂模型中的断裂力学参数

4.1.1 临界等效裂缝长度

4.1.2 起裂断裂韧度

4.1.3 失稳断裂韧度

4.1.4 断裂参数结果及分析

4.2 尺寸效应理论中的断裂力学参数

4.2.1 临界能量释放率

4.2.2 临界断裂过程区等效长度

4.2.3 断裂参数结果及分析

4.3 杨树桐解析理论中的断裂力学参数

4.3.1 抗折强度

4.3.2 断裂参数结果及分析

4.4 本章小结

5 利用边界效应理论探究骨料级配对混凝土断裂参数的影响

5.1 边界效应理论的运用

5.2 边界效应理论的应用

5.2.1 边界效应模型2-1的建立

5.2.2 边界效应模型2-2的建立

5.2.3 边界效应模型2-3的建立

5.3 边界效应模型的比较

5.4 边界效应模型的扩展

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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