水泥碎砾石混凝土抗折强度与劈裂抗拉强度关系的研究

路面水泥碎砾石混凝土强度的检测,由于水泥碎砾石混凝土用芯样通过劈裂抗拉强度推算强度没有现成的换算公式,如何借助实验数据进行理论计算、推导,形成可推广的数学模型,准确鉴定工程质量,确定了水泥碎砾石混凝土抗折强度与劈裂抗拉强度关系的研究。

再生骨料和钢纤维掺量对钢纤维再生混凝土劈裂抗拉强度及抗折强度的影响研究

为促进再生混凝土材料的有效利用,设计试验分析钢纤维再生混凝土抗折强度、劈拉强度和钢纤维掺量、再生骨料掺量之间关系,构建回归方程明确抗折强度、劈拉强度之间的关系。试验结果表明:再生骨料掺量提升时会引起材料抗折强度和劈裂强度下降,其中掺入100%再生骨料时抗折强度降低12%~28%、劈拉强度降低9%~16%;钢纤维的掺入能够限制混凝土内部微小裂缝并强化材料整体性,掺入1%钢纤维时抗折强度提升16%~40%、劈拉强度提升13%~23%,钢纤维是导致钢纤维再生混凝土抗折强度、劈拉强度提升的关键因素。

基于巴西劈裂试验的碎屑冰抗拉强度及影响因素研究

为了研究山岳冰川冰的抗拉强度特性,制备了150个不同碎屑含量(0、5%、10%、15%和20%)的重塑冰样,采用巴西劈裂试验研究了不同温度(-3℃、-5℃、-10℃、-15℃和-20℃)和不同加载速率(0.04 mm·s^(-1)和0.1 mm·s^(-1))条件下的冰的抗拉强度。结果表明:冰样沿着加载方向启裂、扩展而产生贯通破坏,破裂面的性状与碎屑含量和温度有关,碎屑含量越高、温度越低则冰的脆性越强。纯冰的抗拉强度随着温度的升高而线性减小;碎屑冰的抗拉强度则随温度的升高呈先上升后下降的规律,且在-10℃左右时达到最大值;冰的抗拉强度随着碎屑含量的增加而增大,碎屑含量20%的冰的抗拉强度可达纯冰的1.82倍;温度较低、碎屑含量较少时,加载速率越大则抗拉强度越高。该成果为揭示山岳冰川冰的拉裂破坏和成灾机理提供了理论基础。

聚乙烯醇纤维再生混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应研究

为研究聚乙烯醇(PVA)纤维再生混凝土劈裂抗拉强度的尺寸效应,以5种再生骨料取代率、5种PVA纤维掺量、3种试件尺寸为变量,对81个立方体试件进行劈裂抗拉试验。结果表明:随着骨料取代率的提高,再生混凝土劈裂抗拉强度先增加后降低,25%再生骨料取代率下再生混凝土劈裂抗拉强度及尺寸效应度表现最佳;PVA纤维可降低再生混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应,随着PVA纤维掺量的提高,其尺寸效应先减小后增大,0.1%PVA纤维掺量最优;基于试验数据,给出了试件劈裂抗拉强度的效应律计算式,可进行各种尺寸规格试块的劈裂抗拉强度计算。

巴西劈裂下全尾砂胶结充填体抗拉强度特征研究

研究充填体抗拉强度对维护采场稳定具有重大参考价值。充填体的破坏过程也是能量耗散的过程,养护龄期、分层数等因素直接影响充填体的强度大小及能量耗散。以全尾砂为骨料,制备一组质量浓度为78%,灰砂比分别为1∶4、1∶6、1∶8,养护龄期分别为3 d、7 d、14 d、28 d的胶结充填体进行巴西劈裂实验,分析了养护龄期与分层数对充填体强度、能量耗散及破坏规律的影响。结果表明:灰砂比一定时,不同分层的充填体的强度随养护龄期呈正相关关系;养护龄期一定时,强度与灰砂比呈正相关关系,分层会形成结构弱面,降低充填体强度。巴西劈裂过程中充填体的能量耗散随养护龄期的增长而增大,与强度变化特征一致;室内实验结果可以看出,充填体裂纹起裂点大多位于充填体中心点处,在破坏时主裂纹伴随无数微裂纹从中心点处开始萌生、扩展直至贯穿整个充填体,呈不规则形状向加载直径上扩散。不同分层充填体裂纹扩展较为连贯,部分充填体出现了分层界面局部错动的情况,断裂特征多为中心断裂与偏心断裂的复合式断裂。研究结果可为充填采矿设计、实际矿山充填提供理论支持。

混合型缓冲回填材料劈裂抗拉强度尺寸效应统计分析

高放废物深地质处置库中的混合型缓冲回填材料是由膨润土和各类掺合料压实而成的多相复合材料,在多组分混合与压制过程中其内部孔洞、微裂隙等缺陷随机分布,即使在相同试验条件下其抗拉强度值也表现出较大的变异性。为阐明试验试样厚径比对混合型缓冲回填材料劈裂抗拉强度的影响规律,针对不同厚径比试样开展了大量的巴西劈裂试验,探讨了不同厚径比试样抗拉强度统计特征及分布概型。结果表明:混合型缓冲回填材料试样劈裂抗拉强度与圆盘厚径比呈显著的幂函数关系,显著性检验结果小于0.05。混合型缓冲回填材料劈裂抗拉强度的均值、极差、标准差及变异系数都呈现出明显的尺寸效应。圆盘厚径比为1.0时,劈裂抗拉强度的极差、标准差及变异系数均最小,从统计特征来看,建议进行巴西劈裂试验时圆盘厚径比设定为1.0。根据K-S检验和有限比较法知圆盘厚径比不同,劈裂抗拉强度最优分布概型也不相同。常用的4种概率分布形式中的正态分布和威布尔分布能更好地描述混合型缓冲回填材料劈裂抗拉强度分布规律。

低温作用下沙漠砂替代率和粉煤灰掺量对混凝土劈裂抗拉强度的影响

通过开展单掺沙漠砂、单掺粉煤灰混凝土在-30℃、-20℃、-10℃、室温时劈裂抗拉强度的试验,分析温度、沙漠砂替代率、粉煤灰掺量对混凝土劈裂抗拉强度的影响规律。研究结果表明:温度因素对于单掺沙漠砂混凝土、单掺粉煤灰混凝土劈裂抗拉强度影响规律相同,在低温下混凝土劈裂抗拉强度依温度升高呈降低趋势,低温后劈裂抗拉强度呈增大趋势;单掺沙漠砂混凝土时,沙漠砂替代率在30%时,在低温下、低温后劈裂抗拉强度均达到最大值;在单掺粉煤灰混凝土中,混凝土劈裂抗拉强度依粉煤灰掺量增加而降低。该研究结果可为低温环境下的粉煤灰和沙漠砂混凝土工程应用提供理论依据。

基于PIV劈裂试验膨润土抗拉强度公式的修正

用于高放废物深地质处置库的压实膨润土砌块因绑扎起吊,会受到拉应力的作用产生拉张裂隙进而影响其使用效果,因此系统研究膨润土的抗拉强度具有重要工程实际意义。基于粒子图像测速技术对压实膨润土进行了一系列的劈裂试验和直接拉伸试验,探求快速且准确获得膨润土抗拉强度的试验方法,同时基于PIV劈裂试验对膨润土抗拉强度公式进行了修正。试验结果表明:压实膨润土的抗拉强度随着含水率的增加呈先增加后减小的趋势,当含水率为13%时其抗拉强度最大。应力-位移关系曲线、位移矢量场和裂隙特征在阶段性划分中存在明显的一一对应关系。当压实膨润土的含水率和初始干密度均相同时,劈裂试验获得的抗拉强度大于直接拉伸强度。采用Frydman提出的修正系数2g和PIV劈裂试验获取的变形参数对劈裂抗拉强度进行修正,修正效果较好。同时在经典巴西劈裂公式基础上引入一个简化修正系数K,结合PIV劈裂试验结果也可快速、准确地获得压实膨润土的直接拉伸强度。

冻融循环作用对纤维水泥改良风积沙劈裂抗拉强度的影响

为了研究冻融循环次数、纤维掺量和冻结温度对水泥改良风积沙劈裂抗拉强度的影响,开展玄武岩纤维水泥改良风积沙试样的冻融循环试验和劈裂抗拉强度试验。试样的纤维掺量分别为0,0.5%,0.8%和1.1%。冻结试验的冻结温度分别为−10℃,−20℃和−30℃,融化温度为20℃。试验结果表明,纤维水泥改良风积沙的劈裂抗拉强度随着冻融循环次数的增加而减少,与未经冻融循环的试样比较,第1次、第1~2次、第2~4次、第4~7次和第7~10次冻融循环后,每次冻融循环的强度损失速率分别为18.7%~36.8%,16.8%~21.0%,2.9%~6.5%,4.0%~5.8%和1.5%~2.7%,10次冻融循环后强度损失速率趋近于0。经历冻融循环后,纤维水泥改良风积沙试样的劈裂抗拉强度随着纤维掺量的增大而增大,达到0.8%的最优纤维掺量后则相反。纤维水泥改良风积沙试样劈裂抗拉强度随着冻结温度的降低而减小,但减小的幅度不明显。劈裂抗拉强度与冻融循环次数呈指数函数关系,与纤维掺量呈抛物线关系。劈裂抗拉强度影响因素相关性分析结果表明,劈裂抗拉强度与冻融循环次数呈负相关,而与纤维掺量、冻结温度呈正相关,冻融循环次数对劈裂抗拉强度的影响最显著,其次为纤维掺量,而冻结温度影响最小。基于108组实验数据,采用多元非线性回归分析法,建立劈裂抗拉强度的多因素评估模型,能够较好地预测不同冻融循环次数和纤维掺量下水泥改良风积沙的劈裂抗拉强度。研究成果可为风积沙铁路路基基床设计提供参考。

采用圆环劈裂试验测定盐水柱状模型冰抗拉强度

抗拉强度是海冰最基本的力学参数之一,也是极地船舶和海工结构冰载荷研究的基本输入条件。鉴于抗拉强度的完整圆盘劈裂试验中部分圆盘裂纹明显偏离加载直径,且试样加载端易较早产生剪切裂纹,为此本文采用圆环劈裂试验开展盐水柱状模型冰抗拉强度测定研究。首先基于离散单元法开展圆环劈裂数值试验,分析圆环试样的断裂过程以及圆环试样的峰值载荷与孔径比的关系,发现采用Hobbs公式计算材料抗拉强度存在适用范围的限制。随后在中国船舶科学研究中心小型冰水池开展盐水柱状模型冰的圆环劈裂物理试验,以验证数值模拟得到的结论,并测定盐水柱状模型冰的抗拉强度。研究表明,圆环劈裂试验也是一种测量盐水柱状模型冰材料抗拉强度的有效方法。

基于遗传算法和人工神经网络的高性能混凝土劈裂抗拉强度预测

为实现高性能混凝土劈裂抗拉强度的准确预测,提出结合人工神经网络(ANN)和遗传算法(GA)的GA-ANN预测模型。首先通过遗传算法得到合适的人工神经网络初始权值和阈值,然后在GA-ANN预测模型基础上对数据集进行训练和测试,并利用相关系数误差指标对模型性能进行比较和评估。结果表明,经过遗传算法优化的模型预测结果与实际抗拉强度相关系数均>0.97,误差分布更集中于0附近,预测精度较优化前得到较大程度提升。所提出的GA-ANN预测模型为高性能混凝土劈裂抗拉强度提供了一种高精度、方便快捷的预测方法。

玄武岩纤维对混凝土抗压和劈裂抗拉强度的影响

传统混凝土因抗拉强度弱、延性差等缺陷逐渐难以满足现代化大型工程建设需求,而在性能改良方面,将纤维作为增强体掺入混凝土实现改性是常见途径,其中玄武岩纤维又以加工性强、成本较低以及综合性能优良等特点得到了越来越多的关注。以短切玄武岩纤维混凝土为研究对象,在简要阐述纤维增强机制的基础上,进一步探究了短切玄武岩纤维体积分数与混凝土7 d和28 d抗压强度和劈裂抗拉强度之间的关系,并对试验结果进行了分析解释,有助于指导玄武岩纤维混凝土的应用与发展。

矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化软土的劈裂抗拉强度及预测模型研究

针对软土抗拉强度不足的问题,采用“一步法”(只加水)制备的地质聚合物代替水泥用于固化软土。具体研究固化剂中矿渣和粉煤灰质量比(即先驱剂,SL/FA)、固体氢氧化钠与先驱剂质量比(NH)和水灰比(水:先驱剂+碱性激发剂,WBC)对矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化软土的劈裂抗拉强度的影响,并获取最优配比。基于Box-Behnken设计模型,以SL/FA、NH、WBC三因素为自变量,固化软土劈裂抗拉强度为目标量,单因素和交互因素对试样劈裂抗拉强度的影响进行响应面分析。继而建立其预测模型,并进行显著性检验。研究表明:(1)当先驱剂为90%矿渣和10%粉煤灰,碱性激发剂占先驱剂0.15,水灰比为0.6时,其14D劈裂抗拉强度为0.39MPa;(2)单因素影响下,WBC对矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化软土劈裂抗拉强度的影响最大,SL/FA次之,NH最小;(3)交互影响作用下,SL/FA与NH对固化软土劈裂抗拉强度的影响最为显著,SL/FA与WBC次之,NH与WBC最小。研究结果可为地质聚合物在软土加固中的应用及设计模型的建立奠定一定的理论基础。

浸水溶蚀作用下水工混凝土层间劈裂抗拉强度试验研究

长期触水的混凝土容易发生钙溶蚀问题,是影响水工结构耐久性的重要因素。文章通过室内试验的方式,研究了浸水溶蚀作用下水工混凝土层间劈裂抗拉强度。试验结果显示,水工混凝土层间劈裂抗拉强度随溶蚀时间呈现出近似线性减小的变化特点;当层面间隔时间<15 h时,层间劈裂抗拉强度的减小幅度较大,当间隔时间>15 h时,层间劈裂抗拉强度的减小幅度较小;凿毛和使用界面剂可以有效提升浸水溶蚀作用下水工混凝土层间劈裂抗拉强度。根据试验结果,建议在水工大体积混凝土施工过程中将层间间隔时间控制在15 h以内,并对界面进行凿毛处理和涂刷界面剂。

黄砂岩巴西劈裂试验抗拉强度的尺寸效应及破裂特征研究

通过对直径相同,厚度分别为25,50和60 mm的圆盘试件进行巴西劈裂试验,发现随着试件厚度的增加,抗拉强度逐渐减小,并可以用一个三次函数较好地拟合.此外,由声发射信号中RA与AF值的分布变化可知,临近破坏时,剪切破裂有明显的增长趋势.故可将RA与AF值的变化趋势应用于矿山工程等行业中岩体的稳定性分析.

冻融后沙漠砂混凝土劈裂抗拉强度试验和微观分析

为了探究低温环境下冻融循环对沙漠砂混凝土力学性能影响,进行不同掺量沙漠砂混凝土在低温(-20℃、-30℃和-40℃)冻融循环后劈裂抗拉强度试验和微观结构分析,研究沙漠砂替代率、温度和冻融循环次数对沙漠砂混凝土劈裂抗拉强度和微观结构的影响。试验结果表明:随着温度降低和冻融循环次数增加,沙漠砂混凝土劈裂抗拉强度呈减小趋势。随沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土劈裂抗拉强度呈先上升后减小趋势,当沙漠砂替代率为40%时,劈裂抗拉强度达到最大值。

圆盘厚径比对岩石劈裂抗拉强度影响的试验研究

由于巴西圆盘抗拉强度公式是基于弹性力学平面问题的解析解,计算结果与直接拉伸试验得到的抗拉强度有较大的差异。基于此,对100余个不同厚径比的砂岩圆盘试样进行劈裂抗拉试验,试验结果表明,随着试样厚径比的减小,抗拉强度逐渐增大,当厚径比约小于0.3时,其抗拉强度逐渐增大并趋于一个相对稳定值,其变化曲线可用三次函数较好的拟合。为了更加完整地把握厚径比对抗拉强度的影响,特建立不同厚径比的三维有限元模型,对圆盘中心轴线上等效应力的分布规律进行详细的研究。研究结果表明,试样中轴线上的最大拉应力出现在试样端面的中心,而且试样的厚径比越大,圆盘的端面中点处拉应力相对越大,圆盘最先起裂的位置发生在端面中心点,而不是内部中心点,有限元计算的结果很好地解释了试验数据的分布规律;通过对有限元结果进行多元拟合,给出考虑厚径比的巴西圆盘抗拉强度修正公式,经验证修正公式具有较好的适用性。研究成果为岩石抗拉强度的正确测定提供有益的依据。

平台巴西劈裂试验确定岩石抗拉强度的理论分析

为了完善平台巴西劈裂试验测定岩石抗拉强度的理论基础,基于二维弹性理论,建立对弦载荷下的平台巴西劈裂力学模型,采用应力场叠加法求得圆盘内的应力近似解析解。该应力理论解与有限元数值解一致,证明理论求解的合理性。在此基础上,对比研究了平台加载角对圆盘内应力大小及应力集中程度的影响,其结果表明：平台加载角越大,圆盘加载处的应力集中程度和压拉应力比都急剧降低,而圆盘内的拉应力值和拉伸区却只有一定程度减小;过大或过小的平台加载角都不利于平台巴西试样发生中心拉伸劈裂破坏,其最优平台加载角在20°~30°之间。最后,依据Griffith强度破坏准则,推得岩石抗拉强度的理论计算公式,其结果与已有抗拉强度经验公式及试验所得抗拉强度相符较好。

混凝土立方体与圆柱体劈裂抗拉强度尺寸效应研究

进行了尺寸为150 mm至750 mm的立方体和尺寸为150 mm至550 mm的圆柱体试件劈裂抗拉试验,试验中保持垫条宽度与试件尺寸比值不变以消除垫条宽度对不同尺寸试件试验结果产生的影响差异。建立了基于Weibull统计强度理论的混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应计算公式,并讨论了骨料粒径对尺寸效应的影响。研究表明:该公式与试验数据吻合良好,能较好地预测不同尺寸普通混凝土试件的劈裂抗拉强度,最大骨料粒径为150 mm的全集配混凝土的劈裂抗拉强度比普通混凝土表现出更明显的尺寸效应。

废弃纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度试验

目的为提高废弃混凝土利用率,研究再生骨料掺入量、纤维长度、水灰质量比等因素对再生混凝土劈裂抗拉强度的影响.方法采用干拌法掺入不同掺量纤维,制作150 mm×150 mm×150 mm标准立方体试块,标准养护28 d后进行劈裂抗拉试验.结果随着废弃纤维掺入量的增加,废弃纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度增加,当掺入量达到0.12%时,劈裂抗拉强度有所下降或者增加趋势有所减弱.掺入纤维长度增加,纤维体积掺入量增加,劈裂抗拉强度下降或者增长趋势有所减弱;再生骨料掺入量的增加、水灰质量比增加使劈裂抗拉强度有所降低.结论试验证明废弃纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度比普通混凝土的劈裂抗拉强度有所提高.