【摘 要】
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高强轻集料混凝土的典型脆性破坏是它不能广泛运用的关键原因。因此,从轻集料混凝土的破坏特点出发,提出了堇青石/贝利特核壳结构复相高强轻集料用来改善它的脆性并提高其力学性能。在此背景下,为了进一步研究复相高强轻集料对轻集料混凝土宏观性能的影响规律,本课题采用有限元软件模拟分析了复相高强轻集料混凝土的微区应力分布状态,模拟复相高强轻集料混凝土的破坏过程。探究复相高强轻集料自身特性对轻集料混凝土破坏行为的
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高强轻集料混凝土的典型脆性破坏是它不能广泛运用的关键原因。因此,从轻集料混凝土的破坏特点出发,提出了堇青石/贝利特核壳结构复相高强轻集料用来改善它的脆性并提高其力学性能。在此背景下,为了进一步研究复相高强轻集料对轻集料混凝土宏观性能的影响规律,本课题采用有限元软件模拟分析了复相高强轻集料混凝土的微区应力分布状态,模拟复相高强轻集料混凝土的破坏过程。探究复相高强轻集料自身特性对轻集料混凝土破坏行为的影响,同时对复相高强轻集料混凝土界面过渡区性质与混凝土宏观性能之间的联系进行了深入研究,进一步揭示了复相高强轻集料改善轻集料混凝土脆性的作用机理。本文主要研究内容及结论如下:(1)通过建立复相高强轻集料混凝土细观单元模型,研究复相高强轻集料的核壳厚度比,内核矿物组成以及核壳结合区变化对轻集料混凝土微区应力分布的影响。结果表明,在孔隙率不变的情况下,当内核的高弹性模量的矿物组分含量增加时,核壳间的应力差值也随之增大,导致轻集料混凝土在核壳界面处发生裂纹扩展。同时,核壳厚度比的增加也会加大外壳与内核之间的应力差值,增大核壳界面处微裂纹成核扩展的可能性。因高温烧制的原因,核壳之间元素互相扩散而生成低共熔物,形成核壳结合区。模拟结果表明核壳结合区可以缓解核壳界面的应力差,且核壳厚度比越大,缓解效果越明显。(2)通过BSE、EDS分析了复相高强轻集料混凝土的界面过渡区微观结构,结合图像处理技术分析了界面过渡区的孔隙率。与普通轻集料混凝土相比,复相高强轻集料混凝土界面过渡区更加致密。进一步利用有限元建立了界面过渡区孔隙率与弹性模量的定量关系,分析了界面过渡区对微区应力分布的影响。结果表明,复相高强轻集料混凝土界面过渡区弹性模量大于普通轻集料混凝土,因而复相高强轻集料混凝土界面过渡区的微区应力分布更均匀,且水化龄期越大,复相高强轻集料混凝土的微区应力分布也越均匀。(3)建立随机骨料模型同时引入粘结裂缝单元对复相高强轻集料混凝土断裂行为进行计算模拟。探究界面过渡区粘结强度以及轻集料强度对轻集料混凝土裂纹路径的影响,研究发现随着界面强度的增加,裂纹路径从界面过渡区破坏转变为骨料贯穿破坏,且裂纹起始位置从界面过渡区向骨料内部转移,同时单裂纹扩展逐渐向多裂纹扩展转变,混凝土的损伤耗散能逐渐增加,轻集料混凝土的脆性得到了改善。其次,在集料强度低于水泥基体时,增加集料强度可以曲化裂纹扩展路径,增加损伤耗散能,改善轻集料混凝土的脆性。
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