界面特性及骨料分布对混凝土破坏模式影响

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发布时间：2022-03-10

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摘要:过渡区界面(ITZ)是混凝土细观组分中的相对薄弱环节,对混凝土的宏观力学性能具有重大影响。基于混凝
土随机骨料模型,采用扩展有限元法(XFEM),对单轴拉伸及弯拉条件下混凝土材料的细观破坏过程及机理进行数
值模拟，研究界面特性及骨料空间分布形式对混凝土宏观力学性能及破坏模式的影响。数值结果表明:(1)不同界面
强度使得混凝土具有不同的细观破坏模式，界面强度越高混凝土宏观强度越高;(2)骨料分布彤式影响混凝土细观破
坏模式,但对混凝土宏观弹性模量及强度的影响可忽略。
关键词:混凝土;过渡区界面1骨料分布,破坏模式1力学性能
中團分类号: TU528.1;TV331
文献标志码:A
文章编号:1674-4764(2011)S2 0038-04
The Impact of Interface Characteristic and Aggregate
Distribution on Failure Modes of Concrete
HUANG Jing-qi, JIN Liu, DU Xiurli
(The Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering, Ministry of Education,
Beiing University of Technology, Beijing 100124, P. R. China)
Abstract: The interface transition zne (ITZ) is the relatively weak part in mico components of cncrete, which has a
significant impact on the mechanical properties of concrete. Based on the random aggregate model, the extended finite element
method (XFEM) is adopted to simulate the meso damage process and failure mechanism of concrete under uniaxial tension and
bending. The influence of interface performance and spatial dsribution modes of aggregates on the damage mode and macro
mechanical properties are studied. It is shown that: (1) the interface with dfferent strength leads to the dfferent failure modes
of conerete, the more the strength of ITZ, the higher the macro strength of concrete (2) the failure modes of conerete are
influenced by aggregate distribution significandly, while the influence on elastie moduls and strength of concrete can be
neglected.
Key words; cnecrete; interface transition z0me (ITZ); aggregate distribution; failure modes; mechanical propertes
在细观水平，上,混凝土可看作由骨料，砂浆、界面等組成
等门将不均匀界面层划分成一系列同心球壳单元，通过反演
的多相复合材料。混凝土细观力学研究的核心目标是如何
方法确定了每个球壳单元和水泥石基体的弹性樸量,提出了
建立混凝土宏观性能与其细观组分性能的关系。过渡区界
考虑不均匀界面时澜凝土弹性模量预测的解析法;Bentur
面(ITZ)是混凝土细观组分中的相对薄弱环节,混凝土的破
等国认为ITZ结构及其性能变化对混凝土强度的影响通常
坏首先从界面处产生继面向其它组分中扩展,对混凝土的宏
在20%~30%范围内:Prokopski等[门通过采用或不采用石
观力学性能及破坏过程有着巨大的影响;同时，混凝土内部
蜡对白云石集料以及卵石集料进行表面处理，研究了ITZ对
骨料之间的复杂的应力场也会在很大程度上影响混凝土的
混凝土抗压强度的影响,结果发现:对集料进行表面处理可
力学性能。
使混凝土的抗压强度降低50%以上。在数值模拟力面,于庆
对于界面过渡区(ITZ)的研究-直是混凝土细观力学研
磊等采用数字图像的处理手段获取混凝土界面过渡区的
究的难点。Lybuimovel首先从细观层次研究混凝土，提出
形状与分布,模拟了界面强度对混凝土拉伸破坏的影响;杜
了过渡区界面(ITZ)的概念，认为ITZ是混凝土的博弱区域。
修力等国对全级配细观混凝土梁的弯拉实验进行了数值权
与基体相比,过渡区界面具有低强度、低弹性模量和高渗透
报,研究了界面性能对混凝土弯拉梁承载力的影响。
性的特点，从而导致混凝土的力学性能在很大程度上受界面
骨料性能对混凝土宏观性能具有很大影响。在细观数
过渡区性能的影响问。Lee 等[3基于數值积分的方法建立了
值模拟方面，马怀发等C0间研究了凸型骨料的生成方法,对比
考虑物质不连续性的混凝土三相细观结构模型,研究了ITZ
了骨料形状不同对混凝土性能的影响，得出凸型骨料更能反
的弹性模量和体积对混凝土宏观弹性模量的影响;郑建军
映真实情况的结论;琚宏昌等[11研究了骨料形状的不同对混