基于材料科学观点的砂浆塑性开裂本构方程研究

建立水泥砂浆分层度和约束度测试方法,并据此研究了水泥砂浆初始结构和约束条件对其塑性收缩开裂的作用;进而建立了基于材料组成参数(水灰比、灰砂比、纤维掺量、纤维长度)、环境参数(水分蒸发速率)、初始结构参数(分层度)、约束状况参数(约束度)的水泥砂浆塑性收缩开裂七元本构方程.结果表明:该多元本构方程能较好地预测水泥砂浆的开裂趋势,首次实现了水泥基材料中组成、结构与性能间的数学关联.

砂浆塑性收缩开裂本构方程不可量化因素初探

采用自行设计的塑性抗拉强度及塑性毛细管收缩应力测试装置,通过方差分析研究了水泥强度等级、高分子纤维品种对于砂浆塑性收缩开裂本构方程影响的显著性;采用"甄别分处"方法分别研究了水泥品种、骨料品种以及高分子纤维品种能否纳入前期已经建立的砂浆塑性收缩开裂本构方程.结果表明:方差分析只能判断出水泥强度等级、高分子纤维品种对于塑性收缩开裂本构方程影响不显著,并不能将上述不可量化因素纳入本构方程中;采用"甄别分处"方法研究不可量化因素是可行的.采用硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、机制砂、MPH-1b纤维时,砂浆抗裂指数实测值和理论值的相对误差分别为7.25%,5.07%,76.09%,673.19%,31.16%和6.52%.可认为硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、MPH-1b纤维可以纳入前期已经建立的本构方程;铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、机制砂不可以纳入前期已经建立的本构方程,需要另行建立新的本构方程.

矿物掺合料对砂浆塑性收缩开裂影响的研究

采用平板法和八字模法,通过评估不同掺量粉煤灰、矿粉与硅灰的砂浆塑性阶段的收缩应力与塑性抗拉强度等,研究了矿物掺合料对砂浆塑性阶断收缩开裂的影响。研究结果表明：随着粉煤灰掺量（0~50%）的增加,掺量小于30%时塑性收缩应力和塑性抗拉强度同步增大,掺量超过30%后塑性收缩应力继续增大,塑性抗拉强度有所降低;抗裂指数先变化不大后有所减小;随着矿粉掺量（0~30%）的增加,掺量30%以内塑性收缩应力和塑性抗拉强度都增大,抗裂指数有一定程度增大;随着硅灰掺量（0~5%）的增加,塑性收缩应力增大,塑性抗拉强度增大,抗裂指数明显提高。

基于外加剂的水泥砂浆塑性收缩开裂本构关系的研究

研究了水泥常用外加剂对砂浆塑性收缩性能的影响。实验表明，当引气剂掺量在0-200×10^-6时，引气剂掺量与抗裂指数成正比，当掺量达到250×10^-6以上时，砂浆开裂；早强剂不利于减少砂浆塑性收缩开裂；减水剂、保水剂可减缓砂浆塑性开裂；建立了引气剂、早强剂、减水剂、保水剂、缓凝剂掺量与砂浆塑性收缩参数及开裂时间的本构关系。

水泥砂浆塑性收缩开裂多元本构方程的研究

基于平板法和八字模法,系统研究了组成参数和外部环境两因素对水泥砂浆塑性收缩开裂的影响并建立了抗裂指数K关于水灰比Wc、集灰比Sc、粉煤灰掺量FA、减水剂掺量P和失水蒸发速率V的多元本构方程。试验结果表明:建立起水泥砂浆收缩开裂的本构方程K=0.208×35.3^(Wc)×3.80^(Sc)×1.00^(FA)×9.62~P×0.00608~V,经验证方程可信度高并且建立了可靠的开裂判据;失水蒸发速率对水泥砂浆塑性收缩开裂影响最大,而粉煤灰掺量对其无明显影响;此外,对辅助性胶凝材料种类的不可以量化因素"甄别分处",得到矿粉可适用已建立的关于粉煤灰的五元方程。

水泥砂浆塑性收缩开裂预警机制的初步建立

针对水泥砂浆塑性收缩开裂的问题,基于平板法和八字模法,分别对不同水灰比和灰砂比的水泥砂浆,改变其环境参数与聚乙烯醇(PVA)纤维参数,测试其塑性抗拉强度、塑性毛细管收缩应力及失水蒸发速率,通过在室内建立的水泥砂浆塑性收缩开裂本构方程,对水泥砂浆塑性收缩开裂预警机制的建立进行了探索.结果表明:室内建立的基准水泥砂浆抗裂指数基于失水蒸发速率的一元本构方程及掺纤维水泥砂浆的三元本构方程可有效预测室外环境下水泥砂浆的塑性收缩开裂,由此初步建立了水泥砂浆塑性收缩开裂预警机制.

水泥砂浆塑性收缩开裂预警机制拓展

为预测水泥砂浆塑性开裂并对其进行有效预防,采用平板法与八字模法在前期初步建立的水泥砂浆塑性开裂预警机制的基础上增加了预测方程的开裂影响因素(材料组成、约束度及分层度),并扩大了环境参数的范围,由此对水泥砂浆塑性开裂预警机制进行了拓展.结果表明:室内建立的未掺PVA纤维的素砂浆七元本构方程以及掺PVA纤维砂浆的九元本构方程可有效预测室内外水泥砂浆的开裂状况;将二者及其相应的开裂判据结合起来构成水泥砂浆塑性开裂预警机制,可在准确预测素砂浆开裂状况后,通过掺加适量PVA纤维来有效减少砂浆的开裂,从而为保证施工质量提供了新方法.

基于粉煤灰掺量的砂浆塑性收缩开裂本构关系的研究

研究了粉煤灰掺量对于砂浆塑性收缩性能和塑性粘度的影响。试验表明,随着粉煤灰掺量的增加,砂浆抗裂指数增大,开裂所需时间增加,塑性粘度降低;建立了粉煤灰掺量与砂浆抗裂指数、开裂时间的本构关系,及掺加粉煤灰后砂浆塑性粘度与抗裂指数的本构关系。

水泥砂浆塑性收缩开裂本构方程初探

采用自行设计的塑性抗拉强度及塑性毛细管收缩应力测试装置分别测试了不同灰砂比和不同聚乙烯醇纤维掺量时砂浆的塑性抗拉强度及塑性毛细管收缩应力,对实验结果进行了线性回归分析。结果表明,当抗裂指数K大于1.62时,试件不开裂,当K值小于1.38时,试件开裂,当K值介于1.38和1.62之间时,试件有一定概率开裂。灰砂比和纤维掺量对塑性抗拉强度以及塑性毛细管收缩应力的线性影响是显著的,抗裂指数关于灰砂比及纤维掺量的本构方程分别为K_(c/s)=(-0.00207R_(c/s)+0.0383)/(0.00879R_(c/s)+0.0227)和K_f=(0.00379V_f+0.0359)/(-0.00373V_f+0.0345)。经实验检验,这2个方程的计算结果与实验结果相吻合。

岩石连续损伤本构方程

本文将连续损伤与裂纹系统弹性体的有效模量这两个分离的研究领域统一起来加以考虑，将损伤对材料性质的影响分成实际应力的变化和弹性常数的变化两部分，在Ｄｒｕｃｋｅｒ公设基础上建立了损伤演化律和损伤本构模型。初步计算表明，本模型在主要方面能够描述岩石的力学性质，并与一般实验事实相吻合。