橡胶自密实混凝土疲劳断裂全过程声发射特征辨识参量试验研究

废旧轮胎日益增多带来严重的环境问题,将废旧轮胎橡胶颗粒作为混凝土骨料能够减少污染和减少天然骨料的使用。采用液压闭环伺服材料试验机MTS322试验装置(material testing system,MTS)对橡胶自密实混凝土梁进行了静态弯拉试验和不同加载工况下的疲劳弯拉试验。对橡胶自密实混凝土梁在三点弯作用下的断裂性能进行了系统地研究,并考虑了橡胶自密实混凝土梁在不同加载应力水平和应力比下的疲劳破坏规律。讨论了应力场强度因子与断裂韧度的比值与疲劳次数的对数之间的数学关系,建立了橡胶自密实混凝土的疲劳损伤预测模型。试验过程中还采用声发射技术实时测量了循环荷载作用下橡胶自密实混凝土梁内部的声发射信号,对比了不同加载应力水平和应力比下橡胶自密实混凝土梁内部裂缝发展的特征,发现了橡胶自密实混凝土梁内部裂缝的生长分为三个阶段,应力水平越低的情况下,橡胶自密实混凝土梁内部疲劳损伤程度越严重。

混凝土轴拉软化曲线及其尺寸效应研究

为探究尺寸效应对混凝土轴拉力学参数以及软化曲线的影响,采用MTS试验装置针对不同高度,不同切缝深度和不同直径的圆柱形预制裂缝混凝土试件开展了轴拉试验。试验结果表明:随着混凝土试件高度和直径的增大,应力-应变曲线峰后软化段逐渐趋向平缓。混凝土拉伸强度随着试件的高度和直径的增大而降低。当高径比和缝径比固定时,峰值变形随试件直径增大而增大。除此以外,混凝土试件的断裂能和临界裂缝长度也具有尺寸效应。采用Hordijk软化段模型拟合不同尺寸混凝土试件的轴拉软化曲线,验证结果表明,模型结果与试验曲线吻合良好。模型的软化段参数受试件高径比和缝径比影响不明显,而随试件直径的改变呈现出规律性变化。

基于耗散能理论的橡胶自密实混凝土疲劳力学性能研究

为研究橡胶自密实混凝土在循环荷载作用下的疲劳寿命,利用MTS液压伺服试验机进行了橡胶自密实混凝土四点弯曲疲劳试验。基于能量法分析了橡胶自密实混凝土的能量耗散特性。研究结果表明:橡胶自密实混凝土的单周疲劳耗散能wd呈现出明显的阶段性,其中,B阶段为主要阶段,且基本保持恒定;同一加载频率下,wd与应力水平呈指数关系;同一应力水平下,加载频率越高,wd越大;在低应力水平时的临界耗散能Wcd大于高应力水平时的临界耗散能,且Wcd随应力水平近似线性降低。此外,提出了一种基于耗散能的橡胶自密实混凝土的疲劳寿命预测方法,并与试验结果进行了对比,验证了该预测方法的有效性。

基于CT的再生骨料生态多孔混凝土细观结构分析

为了研究以再生骨料为粗骨料的大孔径多孔混凝土的细观结构,将混凝土看作由骨料、砂浆基质、界面过渡区及孔隙等组成的多相复合材料。利用医用CT对试件进行扫描,获得CT图像和CT值等数据。分别考虑了不同预设孔隙率和不同再生骨料替换率的影响,采用Matlab图像处理技术对多孔混凝土各相组分进行直观表征,同时分别采用CT法和孔隙率测量试验法计算多孔混凝土的体积孔隙率,对比验证CT法测算体积孔隙率的可行性,最后采用阈值分割算法进行试件面层孔隙率计算,定量评价多孔混凝土孔隙分布的连续性与均匀性。结果表明:大孔隙率和高再生骨料替换率会导致多孔混凝土出现大孔隙增多、且形状由光滑圆形向不规则形状或矩形发展的趋势;对于振动成型的试件,沿高度方向面层孔隙率变化较大,且变化剧烈的部分集中在试件上部,孔隙率连续性较差;利用CT法测算试件体积孔隙率,结果与试验法相接近且略大于试验法;试件孔隙分布的均匀性与孔隙率呈负相关。

基于RA-AF特征的橡胶自密实混凝土裂缝扩展研究

为探究橡胶自密实混凝土断裂扩展模式,结合声发射RA-AF特征和高斯混合模型(GMM),利用带预制裂缝的半圆盘弯曲试件进行三点弯曲试验,选取橡胶掺量(0%、10%、20%、30%)及跨径比(0.45、0.54、0.72)为试验变量,分析橡胶自密实混凝土裂缝开展种类及变化规律。结果表明:橡胶掺量为20%时,橡胶自密实混凝土表现出较好的工作性能;橡胶掺量增加,拉伸断裂声发射事件占比增大,说明裂缝向Ⅰ型拉伸裂缝发展,并且裂缝发展具有连续的特点;增大跨径比会导致试件承载能力下降,但相同加载阶段其损伤程度逐渐降低,试件内部的断裂模式发生变化,跨径比为0.54时试件表现出较好的工作性能;GMM法显示,拉伸裂缝与剪切裂缝并非简单地以直线作为分界,而是在某些区域内共同存在,GMM法能更为合理地表述不同工况下拉伸断裂事件与剪切断裂事件发生比例的变化规律。