混凝土受压过程磁场效应的试验研究

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发布时间：2021-09-22

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混凝土受压过程磁场效应的试验研究
张功义，张军，陈驹
(浙江大学结构工程研究所，浙江杭州310058】
【摘要】将钕铁硼磁芯埋入含磁铁矿粉混凝土中，在其周围产生磁场。借助断裂使试件导磁回路与磁场
发生改变，进行单调加载与循环加卸载过程中应力、应变和磁场三变量测试。研究结果表明：试件裂隙变化能够
引起磁场的改变，应力一应变一磁场存在一一对应的数值关系；达到最大应力前，混凝土试件周围磁场出现增大
异常的破坏预兆；在试件裂解破坏阶段，应力一应变曲线与磁场一应变曲线的变化规律具有明确的反对称性。循
环加卸载过程中，在初始段磁场上升的幅度较大，而后曲线几乎以不变的速率上升。卸载过程中，曲线没有沿原
路径恢复，卸载曲线位于加载曲线的上部。曲线形态与试件的应力水平有一定的关系。在实际大型结构构件中，
可通过预埋磁芯进行在线监测，预测大型结构构件裂缝和倒塌。
【关键词】磁芯混凝土；单调加载；循环加卸载；应力一应变一磁场曲线；在线监测；破坏预兆
【中图分类号】TU528．07 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)05—0001～03
岩石的破裂常伴随着磁性质的变化，如在花岗闪
长岩样品中部钻小孔并填人高效无声破碎剂产生压
力，在引导孔方向上产生裂缝并扩展直致岩样破裂，观
测岩石受压过程中产生的超低频段磁场信号⋯ ；在单
轴压力下利用置于岩样周围具有不同频响特征的磁
天线，观测ULF和LF频段电磁前兆信号，研究其特征
与机理，其中ULF磁信号主要由压磁效应产生；
Revol等利用超导磁力仪对三块样品进行测试，发现
岩石受压后在开始膨胀及接近破裂阶段，剩磁的特征
性变化有可能用于预报地震。岩石的剩余磁化强度随
压力的变化研究要注意压力与裂隙的变化关系，在低
压时主要反映原有微裂隙的闭合，而高压时与新裂隙
的生成有关H J。郝锦绮等进行压力下岩石微破裂
发展过程，岩石磁性的相对变化实验，同时进行轴向、
横向应变、体应变、岩石剩磁及声发射的测量。
文中进行模拟试验，在混凝土掺人磁铁矿粉以改
变其磁导率，植入钕铁硼磁芯作为外部磁源。研究含
磁芯混凝土试件在单调加载过程中，微破裂发展、扩容
直至宏观破裂的各阶段中应力、应变、磁场等物理量相
应的动态变化特征。研究处于不同应力水平的含磁芯
混凝土在循环加卸载过程中形成的应力一应变一磁
场滞回曲线的演化规律。
1 试验与方法
(1) 材料选配。选择磁铁矿粉作为改变混凝土
磁导率的添加剂，选择直径20mm，厚度5mm圆片钕铁
硼磁芯作为磁源，混凝土强度等级选取C30，试件尺寸
为边长100mmI立方体，混凝土试件浇筑时分别预埋4
— 6个磁芯，中心点埋入深度为50mm。
(2) 试验系统。试验系统组成如图1所示，主
[基金项目] 国家自然科学基金(51278459)
要包括带有磁芯的立方体混凝土试样、美国INSTRON
一8805四立柱电液伺服疲劳试验机测量轴向压力、电
阻应变仪测量轴向应变、APS 428D型磁通门磁力仪2
台观测磁场信号、ZTIC动态数据采集卡实时采集应
力、应变和磁场数据并保存到计算机中。
图l试验系统框图
(3) 加载制度。采用INSTRON一8805四立柱电
液伺服疲劳试验机对混凝土立方体试件进行加载，控
制加载速率以获得裂隙充分发育扩张的破坏模式。上
升段采用荷载控制，设置加载速率为0．5kN／s，在荷载
达到预估轴压峰值荷载的80％时改为位移控制，设置
下降段的加载速率为0．005mm／s -81。当试件最大应
变达10000 ￡左右时或荷载减小至峰值荷载的10％
左右时结束试验。