碎石活性粉末混凝土断裂性能试验研究

论文摘要

本文首次提出了碎石活性粉末混凝土（简称碎石RPC）的概念,碎石RPC是在活性粉末混凝土（RPC）基础上,作为其替代产品研制出来的。目前,国内外对活性粉末混凝土断裂性能的研究还处在起步阶段,对碎石活性粉末混凝土断裂性能的研究则还没出现。本次试验制备了尺寸为400×100×100mm,缝深比为0.2,碎石率分别为30%、40%、50%的碎石活性粉末混凝土（866-2、866-3、866-4和666-2、666-3、666-4,其中866和666分别表示配合比中所含胶凝材料的质量）和相应的活性粉末混凝土（866-1和666-1）三点弯梁试件40个。试验测得了荷载—加载点位移曲线、荷载—裂缝开口位移曲线,并采用双参数模型与虚拟裂纹模型相结合的方法对试验数据进行计算分析。研究探讨了碎石掺量、弹性模量等的变化对碎石活性粉末混凝土基本力学性能及断裂性能的影响,并与活性粉末混凝土对比研究；同时采用软件对同尺寸不同缝深比下的应力强度因子进行了初步探讨。研究结果表明,碎石RPC的断裂与RPC的断裂破坏过程相似,断裂面凹凸不平；在866组中866-4与866-1相比,断裂性能提升：断裂能提高10.5%,等效断裂韧度提高50.5%,临界裂纹尖端张开位移提高54.2%,等效裂纹长度提高9.9%；在666组中,与666-1相比,666-2和666-3的断裂性能也有所提高；分析发现866-4的断裂性能相对最优,其次是666-2、666-3；碎石掺量对碎石RPC的断裂性能影响规律不同；软件分析验证了断裂韧度存在尺寸效应,采用双参数模型算得的KICS比较真实的反映了结构的断裂性能。要使碎石RPC替代RPC应用,还需进行大量的试验分析研究。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 混凝土材料断裂力学研究
• 1.1.1 断裂力学的产生与发展
• 1.1.2 损伤力学与断裂力学的区别
• 1.1.3 混凝土断裂力学的发展及现状
• 1.2 RPC及碎石混凝土的研究现状
• 1.2.1 RPC的力学特性
• 1.2.2 掺钢纤维的RPC增韧机理
• 1.2.3 RPC应用现状
• 1.2.4 混凝土所用碎石概况
• 1.2.5 含碎石混凝土断裂性能研究
• 1.3 本文研究的内容及意义
• 1.3.1 本文研究创新之处及意义
• 1.3.2 研究内容
• 2 混凝土断裂力学基础
• 2.1 混凝土断裂特性
• 2.1.1 混凝土受力破坏机理
• 2.1.2 裂纹分类
• 2.2 混凝土断裂模型及断裂准则
• 2.2.1 缝端微裂纹区模型
• 2.2.2 虚拟裂纹模型（Fictitious Crack Model）
• 2.2.3 钝裂纹带模型（Blunt Crack-zone Model）
• 2.2.4 双参数断裂模型（Two-parameter Fracture Model）
• 2.2.5 双K断裂准则
• 3 基于混凝土断裂模型的断裂参数研究
• 3.1 引言
• 3.2 混凝土断裂能的测试计算方法及原理
• 3.2.1 混凝土断裂能的定义
• 3.2.2 混凝土断裂能的试验方法
• 3.2.3 混凝土断裂能的计算方法
• 3.3 混凝土断裂韧度的定义及计算方法原理
• IC'>3.3.1 断裂韧度K_IC
• I与K_IC的区别与联系'>3.3.2 应力强度因子K_I与K_IC的区别与联系
• IC的计算方法'>3.3.3 混凝土断裂韧度K_IC的计算方法
• 3.4 参数模型断裂参数的测试及计算方法
• 3.4.1 双参数模型裂纹扩展描述
• 3.4.2 等效裂纹长度的确定方法
• IC^S的确定方法'>3.4.3 临界应力强度因子K_IC^S的确定方法
• 3.4.4 裂纹尖端临界张开位移的确定方法
• 4 碎石RPC断裂性能试验研究
• 4.1 试验材料
• 4.1.1 水泥
• 4.1.2 硅粉
• 4.1.3 石英砂
• 4.1.4 减水剂
• 4.1.5 钢纤维
• 4.1.6 碎石
• 4.2 试验方案
• 4.2.1 试验配合比
• 4.2.2 试件尺寸及制备
• 4.2.3 试验概况
• 4.3 试验数据处理方法及结果
• 4.3.1 试验数据分析处理
• 4.3.2 试验计算结果
• 5 试验结果分析
• 5.1 碎石RPC断裂性能对比研究
• 5.1.1 断裂特征
• 5.1.2 碎石含量变化对碎石RPC断裂性能的影响
• 5.1.3 结论
• 5.2 RPC断裂性能研究
• 5.2.1 断裂特征及试验情况
• 5.2.2 结论
• 5.3 RPC与碎石RPC断裂性能对比分析
• 5.4 影响RPC和碎石RPC等效裂纹长度的因素分析
• 5.4.1 碎石对裂纹长度的影响
• 5.4.2 水灰比和水胶比的影响
• 5.4.3 混凝土强度的影响
• 5.4.4 弹性模量的影响
• 5.5 试验结果误差分析
• 5.5.1 试验条件及试验操作的影响
• 5.5.2 断裂能误差分析
• 6 软件模拟与试验对比分析
• 6.1 边界元方法简介
• 6.2 FRANC3D简介
• 6.3 FRANC3D分析
• 6.3.1 FRANC3D建模
• 6.3.2 裂纹扩展模拟
• 6.3.3 结果分析
• 6.4 参数尺寸效应分析
• 7 全文总结及研究展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集