混凝土材料的真实断裂能研究

混凝土损伤与断裂-数值试验

混凝土是一种常见的建筑材料，但在使用过程中可能会出现损伤和断裂。为了更好地理解混凝土的性能和损伤行为，人们进行了大量的数值试验研究。

混凝土损伤和断裂的数值试验主要包括三个方面的内容：材料试验、组件试验和结构试验。

材料试验主要用于研究混凝土的力学性能和损伤行为，包括压缩、拉伸、弯曲等试验。通过这些试验可以获取混凝土的力学性质和损伤变形规律，并用于后续的组件和结构试验研究。

组件试验主要用于研究混凝土组件（如梁、柱、板等）在受力过程中的行为和损伤情况。这些试验通常包括静态加载试验、疲劳试验、冲击试验等。通过这些试验可以研究混凝土组件的强度、刚度、承载力、损伤扩展规律等。

结构试验主要用于研究混凝土结构（如桥梁、建筑物等）在受力过程中的行为和损伤情况。这些试验主要包括静态加载试验、疲劳试验、地震模拟试验等。通过这些试验可以研究混凝土结构的强度、稳定性、损伤扩展规律、耐久性等。

综上所述，混凝土损伤与断裂的数值试验是一项重要的研究工作，可以为混凝土材料和结构的设计、施工和维护提供有力的科学依据。

混凝土断裂力学

混凝土断裂力学是研究混凝土在受外力作用下断裂行为的力学学科。混凝土作为一种脆性材料，在受到外力作用时容易发生断裂。混凝土断裂力学的研究旨在通过理论和实验方法，深入了解和描述混凝土断裂的机制、特征和规律，以便能够预测混凝土的断裂强度和断裂形态。

混凝土断裂力学涉及几个重要的概念和参数，包括：

1. 应力-应变曲线：通过施加不同的应力对混凝土进行拉伸或压缩试验，得到的应力-应变曲线可以描述混凝土的力学性能，包括线性弹性阶段、塑性阶段和断裂阶段。

2. 断裂韧性：是混凝土在断裂前能够吸收的能量，可以通过计算应力-应变曲线下的面积来表示。断裂韧性越大，表示混凝土具有更好的抗断裂能力。

3. 断裂骨架：混凝土内部的骨架结构在断裂过程中起到重要作用。混凝土断裂力学研究骨架的变形和破坏机制，以及不同因素对骨架的影响。

4. 断裂模型：为了描述混凝土断裂的过程和行为，研究者提出了各种断裂模型，如弹塑性模型、本构模型和损伤模型等。这些模型可以用来预测混凝土的断裂形态和强度。

混凝土断裂力学的研究对于工程结构设计和材料性能评估具有重要意义。通过深入了解混凝土断裂的机制和规律，可以提高工程结构的安全性和可靠性，为混凝土材料的发展和改进提供科学依据。

钢-剑麻混杂纤维再生混凝土断裂性能研究　

第42卷第8期2023年8月硅　酸　盐　通　报BULLETINOFTHECHINESECERAMICSOCIETYVol.42　No.8August,2023

钢-剑麻混杂纤维再生混凝土断裂性能研究

王二成1,2,李格格1,柴颖珂1,张红春3,李彦苍1,王燕杰1

(1.河北工程大学土木工程学院,邯郸　056038;2.河北省装配式结构技术创新中心,邯郸　056038;

3.河北光太路桥工程集团有限公司,邯郸　056000)

摘要:为改善再生混凝土(RAC)的断裂性能,通过三点弯曲断裂试验,研究了钢纤维、剑麻纤维及钢-剑麻混杂纤维

对RAC试件断裂性能的影响。同时,采用数字图像相关(DIC)技术测得RAC试件的裂缝扩展全过程。结果表明:

未掺纤维的RAC试件断裂性能较差,而掺入纤维后的RAC试件断裂性能明显提升;单掺钢纤维时,试件的起裂韧

度与纤维掺量无关;单掺剑麻纤维时,最佳体积掺量为0.15%,其试件的起裂荷载较未掺纤维RAC试件提高了67%。单掺纤维和混掺纤维均可提高失稳韧度和断裂能,但混掺纤维效果更佳。当体积掺量为1.0%的钢纤维和

体积掺量为0.30%的剑麻纤维混杂时,其起裂韧度、失稳韧度和断裂能较未掺纤维的RAC试件分别提高了83.92%、575.86%和1244.05%。

关键词:再生混凝土;钢纤维;剑麻纤维;混杂纤维;断裂性能;数字图像相关

中图分类号:TU528 文献标志码:A 文章编号:1001-1625(2023)08-2754-10

FracturePerformanceofSteel-SisalHybridFiber

RecycledAggregateConcrete

WANGErcheng1,2,LIGege1,CHAIYingke1,ZHANGHongchun3,LIYancang1,WANGYanjie1

(1.SchoolofCivilEngineering,HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,China;

混凝土的脆性断裂原理

一、引言

混凝土是广泛应用于建筑、桥梁、水利工程等领域的一种重要材料。然而，在实际应用中，混凝土经常会出现脆性断裂，导致结构的破坏。因此，深入研究混凝土的脆性断裂原理，对于提高混凝土结构的安全性和可靠性具有重要的意义。

二、混凝土的基本性质

混凝土是由水泥、砂、石和水等原材料按照一定的比例混合而成的一种复合材料。混凝土具有以下基本性质：

1.强度高：混凝土的强度通常是指其抗压强度，一般在20~50MPa之间。

2.耐久性好：混凝土具有较好的耐久性，可以抵抗氧化、腐蚀等化学侵蚀。

3.可塑性强：混凝土可以在一定限度内发生塑性变形。

4.重量大：混凝土的密度较大，一般在2.3~2.5g/cm³之间。

5.初始弹性模量低：混凝土的初始弹性模量比较低，一般在20~40GPa之间。

6.材料非均质性强：混凝土是由水泥、砂、石等不同性质的材料混合而成，因此其材料非均质性较强。

三、混凝土的断裂形式

混凝土的断裂形式可以分为两种，分别是韧性断裂和脆性断裂。

1.韧性断裂：当混凝土受到外力作用时，会先发生微裂纹，然后慢慢扩展，最后形成明显的裂缝。在这个过程中，混凝土会发生较大的变形，但是结构并不会失效。这种断裂形式称为韧性断裂。

2.脆性断裂：当混凝土受到外力作用时，裂纹会很快扩展，最终导致结构的失效。这种断裂形式称为脆性断裂。

四、混凝土的脆性断裂原理

混凝土的脆性断裂是由于混凝土的材料非均质性和应力状态的不均匀性引起的。当混凝土受到外力作用时，应力会在混凝土中产生不均匀分布，强度较低的部分会很快达到破坏点并导致裂缝的扩展。在这个过程中，混凝土的破坏主要表现为以下三个阶段：

1.微裂纹阶段：当混凝土受到外力作用时，会产生微裂纹。微裂纹的产生是由于混凝土内部的材料非均质性和应力状态的不均匀性所引起的。

2.扩展阶段：微裂纹会随着外力的不断增大而扩展。在这个过程中，裂缝的扩展速度会逐渐加快，直到扩展到一定程度，混凝土就会发生失效。

钢纤维混凝土断裂性能的试验研究

总第２３８期　２０１０年第ｌ期　交通科技　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　８Ｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．２３８　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２Ｏ１Ｏ　

钢纤维混凝土断裂性能的试验研究　

李文兵　

（中铁十五局第五工程有限公司　洛阳４７１００２）　

摘要钢纤维混凝土由于能有效地改善混凝土材料的力学性能，在道路工程中得到了较多的应　用。文中对钢纤维混凝土在不同纤维含量、不同试件宽度以及不同初始裂缝深度下的断裂性能进　行了试验研究。研究表明钢纤维混凝土的临界应力强度因子Ｋ　和临界．，一积分Ｊ。　与试件宽度无　关，但随着初始裂缝深度的增加而减小。　关键词　钢纤维混凝土　断裂韧度　Ｊ一积分　

钢纤维增强混凝土是一种以水泥砂浆或混凝　

土为基材，以钢纤维为增强材料的典型水泥基复　

合材料。钢纤维用于水泥混凝土，可以使混凝土　基体的裂纹在受力扩展时受到阻滞，从而提高材　

料的强度和抗裂性能，改善材料的力学性能，因此　

在道路工程中得到了较多的应用。寻找一种方法　来定量地描述钢纤维掺入混凝土后使混凝土材料　

的性能增益是许多研究者所关注的问题，断裂力　

学的引入使它成为可能。　断裂力学的概念首先由Ｋａｐｌａｎ在１９６１年引　

入混凝土　］，并且从那时起，有关这方面的研究成　

为热门。基于断裂力学中材料的断裂韧度是衡量　

材料力学性能的重要指标，本文将通过试验来研　

收稿日期：２００９—０９—２２　究钢纤维的掺入对混凝土临界应力强度因子Ｋ　

和临界－，一积分几的影响，并对钢纤维混凝土在不　

同纤维含量、不同试件宽度以及不同初始裂缝深　度下的断裂性能进行研究，分析它作为钢纤维混　

凝土断裂判据的合理性。　

１试验方法　

１．１试件　

本次试验采用三点弯曲试验，如图１所示。　

Ｐ　

＼　ｑ　、　Ｗ　１　

Ｂ　●　’　图１三点弯曲试件　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｍｉｘ　Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　Ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｅｅｐ　Ｍｉｘｉｎｇ　Ｐｉｌｅｓ　

混凝土的断裂力学原理

一、引言

混凝土是建筑工程中的重要材料，其力学性能直接影响着建筑物的使用寿命和安全性。混凝土的断裂力学是研究混凝土在受力状态下的破坏过程和破坏机理的学科，对于混凝土的设计、施工和维护具有重要的指导意义。

二、混凝土的组成和力学性能

1.混凝土的组成

混凝土的主要组成部分是水泥、骨料、砂和水。其中水泥是混凝土的胶结材料，骨料和砂是混凝土的骨料，水则是混凝土的调节剂和保持混凝土湿度的介质。

2.混凝土的力学性能

混凝土的力学性能包括强度、刚度、耐久性和稳定性等。其中强度是混凝土最重要的力学性能之一，其强度指标包括抗压强度、抗拉强度和抗弯强度等。

三、混凝土的断裂力学理论

1.断裂力学的基本概念

断裂力学是研究物体在受力状态下的破坏过程和破坏机理的学科。在断裂力学中，常用的基本概念包括应力、应变、弹性模量、破坏韧性和断裂韧性等。

2.混凝土的断裂韧性

混凝土的断裂韧性是研究混凝土在破坏前和破坏时所具有的吸能能力。在混凝土破坏前，混凝土受到的应力逐渐增加，由于混凝土的韧性，其应变也逐渐增加，从而达到破坏前的最大应变值。当混凝土应变达到临界值时，混凝土开始发生破坏，这时混凝土的韧性就体现在破坏过程中的吸能能力上。

3.混凝土的破坏模式

混凝土的破坏模式可以分为拉伸破坏和压缩破坏两种。在拉伸破坏中，混凝土的应力逐渐增加，当混凝土的应力达到极限值时，混凝土开始发生裂纹，裂纹逐渐扩展直到混凝土完全破坏。在压缩破坏中，混凝土的应力也逐渐增加，当混凝土的应力达到极限值时，混凝土开始发生压缩破坏，产生压应力波将混凝土破坏。

四、混凝土的断裂力学分析方法

1.常用的分析方法

常用的混凝土断裂力学分析方法包括有限元法、有限差分法、离散元法、弹塑性理论、塑性理论和断裂力学理论等。这些方法都可以用来分析混凝土的破坏过程和破坏机理。

2.有限元法的应用

有限元法是目前最常用的分析混凝土断裂力学的方法之一。有限元法将混凝土分割成若干个小单元，每个小单元内的混凝土的力学性能可以用一组节点的位移和应变来描述。通过对每个小单元的力学性能进行分析，可以得到混凝土的整体受力和破坏过程。

掺粉煤灰混凝土断裂性能的试验研究

蒋梅玲等：掺粉煤灰混凝土断裂性能的试验研究　１３　掺粉煤灰混凝土断裂性能的试验研究　蒋梅玲　，袁静　，徐雅娟　，王荣富　｛１．浙江大学建筑工程学院。杭州３１００５８；２．杭州市建筑设计研究院有限公司．杭州　３．浙江省交通规划设计研究院，杭州３１００Ｏ６；４．杭州市河道整治建设指挥部。杭州　３１０００１；　３１０００９）　【摘要】　通过三点弯曲梁试验，运用双　断裂模型研究了混凝土在不同龄期（１ｄ、３ｄ、７ｄ、２８ｄ）下的断裂性　能。为了体现粉煤灰对混凝土的影响，本文选用了两种配合比的混凝土进行了比较研究。对实验结果的分析表　明：随着龄期的增加，粉煤灰混凝土的拉压比增长快于普通混凝土；同一龄期下，粉煤灰混凝土的双　断裂参数都　有所减少，但不显著，说明掺量为３０％的粉煤灰对混凝土的断裂韧性影响较小。　【关键词】混凝土；双Ｋ断裂模型；粉煤灰　【中图分类号】ＴＵ５２８．２　【文献标识码】　Ｂ　【文章编号】　１００１—６８６４（２０１０）０６—００１３—０２　粉煤灰具有填充骨料空隙、对水泥颗粒起物理分散作　用、延缓水泥水化、防止水化过热以及加强薄弱的过渡区等　诸多优点，故作为矿物掺合料而取代部分水泥。这样既改　善了混凝土的性能，又充分利用了工业废料。因此，近年来　添加粉煤灰的混凝土在工程中得到越来越广泛的应用。　１试验设计　（１）试验材料：水泥：Ｐ・０　５２．５普通硅酸盐水泥；粗　骨料：碎石，连续级配在５—２０ｍｍ最大直径为２０ｍｍ；细骨　料：天然砂，细度模数为２．６４，含水率为１．２％；水：普通自来　水；矿物掺合料：Ｉ级粉煤灰，细度为４００／／／　／ｋｇ。　（２）试验配合比：本试验采用２种配合比，编号…Ｉ’表　示普通混凝土，…２’表示以粉煤灰等量取代３０％水泥的混凝　土，其详细配合比如下表１。　表１　混凝土配合比　ｋｇ・ｎｌ　

（３）试件的制备及仪器。采用标准的三点弯曲梁，试　件跨高比Ｓ／ｈ：４，试件尺寸（Ｓ×ｂ×ｈ）为４００ｍｍ×１００ｍｍ　×１００ｒａｍ，初始缝高比采用０．３。在混凝土成型时通过插入　厚度为０．７ｒａｍ的白铁片来预制裂缝，在混凝土初凝前取出　铁片。本试验采用万能液压试验机，加载速度为１５　Ｎ／ｓ。　２开裂模型　２．１双Ｋ断裂模型　徐世娘，赵国番　在大量实验研究基础上提出判断混　凝土开裂的双　断裂准则，其基本思想是：当Ｋ。＜　时，无　裂缝扩展；当Ｋｌ＝　时，裂缝开始稳定扩展；当　≤Ｋｉ＜　时，裂缝稳定扩展；当Ｋ１＝　时，裂缝开始失稳。当Ｋ。　＞　时，裂缝失稳断裂。其中，　为应力强度因子，　为起　裂韧度，　为失稳韧度。　和　称为双Ｋ断裂参数。　确定双　断裂参数的实验方法，目前较常用的有三点弯　曲断裂实验和楔入拉伸试验，本文选用简单实用的三点弯　曲断裂实验确定双参数。　

新旧混凝土粘结断裂韧度的研究

・ｌ３８・　第３８卷第４期　２　０　１　２年２月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．４　Ｆｅｂ．　２０１２　

文章编号：１００９—６８２５（２０１２）０４—０１３８—０２　

新旧混凝土粘结断裂韧度的研究　

徐　亮　荆、恩禹　李振东　

摘要：通过新旧混凝土粘结面不同的界面处理方式、不同的界面粘结材料试件进行断裂韧度测试，探索了新旧混凝土　

粘结的断裂特征。研究结果表明，新旧混凝土粘结面的处理方式，界面粘结材料及粘结面处理方式和界面材料的交互作　

用对断裂韧度的影响是非常显著的。　

关键词：新旧混凝土粘结，断裂韧度，因素分析　

中图分类号：ＴＵ５２８　文献标识码：Ａ　

Ｏ　引言　

混凝土材料是当今世界用途最广、用量最大的材料之一。然　而，许多工程实例表明，混凝土结构工程并非都是安全耐久的，使　

用年限远低于没计寿命，结构损坏或破坏的事例已屡见不鲜。因　

此，混凝土结构的加固修补已成为建筑工程的重要组成部分，对　

新旧混凝土粘结性能的研究受到了工程界的广泛关注，电是国际　

研究的热点，具有深远的理论和现实意义。　

本文应用断裂力学理论对新旧混凝土试件进行断裂韧度测　

试，对混凝上试件进行评价分析，对界面材料对断裂韧度的影响　因素进行分析，考虑粘结面的处理方式，以界面材料为变化因素，　

采用交互作用的两个因素的试验进行分析　Ｊ，从而对不同因素对　

断裂韧度的影响进行评价。　

１　混凝土断裂韧度的测定　

１．１　试验装置　

试验采用３００　ｋＮ的万能试验机进行，加荷速度为０．２　ｋＮ／ｓ。　１．２试验原材料　

水泥采用本溪工源３２．５级矿渣硅酸盐水泥；粘结用混凝土　

为普通硅酸盐水泥混凝土。　

旧混凝土取自２００８年４月浇筑的一批混凝土，其设计强度为　

ＣＡ０，水泥采用３２．５级矿渣硅酸盐水泥。砂子采用普通中河砂，细　

度模数为２．９，粗骨料最大粒径为２５　ｍｍ。　混凝土试件尺寸为１００　ｍｍ×１００　ｍｍ×４００　ｍｍ，断口深度　

混凝土的断裂能及其测试方法

砼的断裂能及其测试方法

邓　宗　才

(山东建材学院)

1　前言多年来,Griffith-Irwin经典理论已成

功地用于金属、聚合物和硅酸盐断裂过程的

分析,它用于砼及类似材料的断裂试验,是

从1961年Kaplam发表的第一篇文章开始

的。目前砼断裂力学及连续损伤力学等都取

得了一定的发展,特别是提出断裂能的概念

之后,砼断裂力学发展较快,并逐渐迈向实

用化。砼断裂过程是一个十分复杂的问题,砼

在断裂损伤时要吸收一定的能量,常用断裂

能来反映材料的力学特性,用它可以分析普

通砼、高性能砼和纤维增强砼的性能。在研

究砼拉伸软化曲线∆-W时也要用到断裂能

值。总之,断裂能是砼断裂力学中一个很重

要的参数。本文系统探讨了砼断裂能的测试技术,推导了断裂能的计算公式。

2　砼拉伸软化曲线及断裂能的概念在图1中,应力连续增加直至达到最大

荷载,材料在曲线上开段的非线性是由于微裂纹所致。当应力达到最大值时,同样的横

截面承受的荷载不可能更多,因此,我们可

以这样假设,当试件要继续变形时,微裂纹

的发展应集中在此截面附近的一个小范围

内,这样假定是合理的。断裂区一旦扩展,应

力就减小。断裂区的特点是有附加变形W,断裂区应力与附加变形量之间的关系如图2(b)所示,该曲线叫材料的软化曲线,它不受试件尺寸及应力状态的影响,可视为材料

的常数。

图1砼稳定的应力～应变全曲线图2(a)应力与应变间的关系图2(b)

断裂区应力与附加变形之间的关系对于砼拉伸试件在断裂破坏中所吸收的

总能量为荷载～位移曲线的下的面积,即:W=Al∫∆dΕ+A∫∆dw (1)

(1)式中第一部分∆-Ε曲线下的面积(见图

71山东建材1996第2期

不同水压下混凝土断裂能弱化效应试验研究

0前言

混凝土作为用量最大的建筑材料已广泛用于

工业与民用建筑尧水利尧城市建设尧农林尧交通及海

港等工程[1-3]遥混凝土材料在施工期和服役期均会出

现裂缝袁环境水压力易通过裂缝浸入结构内部影响

其抗裂性能袁从而导致结构裂缝扩展延伸[4-6]遥因此袁

研究水压力作用下混凝土的断裂能规律具有重要

意义遥

水对混凝土性能的影响作用主要包括水的化

学作用和孔隙水的力学作用遥基于混凝土断裂试

验袁ROSSI[7]开展了饱和与非饱和混凝土断裂试验袁

在慢加载速率下饱和混凝土断裂韧度较小袁但在快加载速率下非饱和混凝土的断裂韧度较小遥BRUHWILER和SAOUMA[8-9]研究了裂缝和水的相

互作用袁水压力作用下混凝土断裂韧度和断裂能显

著减小袁得到了断裂能与水压力之间的函数关系遥ALFANO等[10]将水压看作永久性静压力袁并得到了

水压力在初始水压力与最终水压力之间的变化规

律遥孙志伟等[11]测试了海水浸泡尧水浸泡和全干燥混

凝土断裂试验袁研究了混凝土断裂能及强度的变化

规律遥此外袁还通过全干燥尧半干燥尧水浸泡和海水

浸泡混凝土断裂试验袁研究了水分含量及液体表面

张力对断裂能的影响袁认为断裂能随着水分增加而

减小袁浸泡液体表面张力将对断裂能产生重要影

响袁与水相比袁海水对断裂能的影响更显著遥徐世烺

等[12]研究了荷载和水压力双重作用下混凝土断裂性

能规律袁试验结果表明袁水压力在试件内产生劈裂

力袁试件承载能力随水压力增加而降低遥不同水压下混凝土断裂能弱化效应试验研究

胡少伟袁王洋袁孙岳阳袁陆俊渊南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室袁江苏南京210098冤

摘要院为了研究混凝土在水力劈裂过程中的断裂能变化规律袁分析了水力劈裂中的各荷载做功袁建立了水压力下断裂能的计算公式袁开展了12组混凝土水力劈裂试验袁得出了水压力对混凝土断裂能的影响规律遥结果表明院水压力作用下混凝土的断裂能减小袁水压力越大袁混凝土的断裂能越小曰混凝土在水力劈裂过程中的断裂能弱化效应不可忽略袁在0.3MPa水压力下袁该弱化效应随水压力增加呈线性递增趋势遥关键词院混凝土曰断裂能曰水力劈裂曰水压力曰三点弯曲梁中图分类号院TU528.36文献标识码院Adoi:10.19761/j.1000-4637.2020.12.006.05