混凝土楔入劈拉试件预制裂缝类型对断裂能的影响.pdf
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1、2 0 1 1年 第 8 期 (总 第 2 6 2 期 ) N u mb e r 8i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HE0I ETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 2 2 混凝土楔入劈拉试件预制裂缝类型对断裂能的影响 田傲霜 。王学志 ( 辽宁工业大学 土木建筑工程学院,辽宁 锦州 1 2 1 0 0 1 ) 摘要: 对 4 种不同预制裂缝切13 形式的普通混凝土试件和碾压混凝土试件进
2、行楔人劈拉试验, 得到了各种工况下不同切lZ l 形式试件的 断裂能。 分析了预制裂缝切13形式对楔人劈拉试件断裂能的影响。 试验结果表明: 锯开形成切 13的试件断裂能最大, 切口形式为 v型的试 件次之 , 预埋钢片的试 件再次之 , 而缝端有一定宽度 的试 件断裂能最小 。 预制裂缝切 V I 形式对普通混凝土断裂能 的影响较 大, 对碾压 混凝 土断裂能的影响较小。 几种预制裂缝切 13形式下 的楔人劈拉试件断裂能测试中 , 采用尖端 v型的钢 片预制裂缝效果较好。 关键词 : 普通 混凝土 ;碾压混凝土 ;断裂能 ;楔人劈拉试验 ;预制裂缝切 口形式 中图分类号 : T U5 2 8
3、 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 6 7 0 3 Ef f ec t o f i nc i s i on s ha pe s o f p r e f abr i c a t e d c r a c k on f r actur e en er g y of c on cr et e w e dg e s pl i t t i ng s p ec i mens T I AN Ao s hu a n g, WANG Xu e - z h i ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i
4、n e e ri n g , L i a o n i n gI n d u s t r y Un i v e r s i tyo f T e c h n o l o g y , J i n z h o u 1 2 1 0 0 1 , C h i n a ) Ab s t r ac t : Th e we d ge s p l i Ri n g t e s t f o r fou r d i ffe r e n t i n c i s i o n s h a pe s o f p r e f a br i c a t e d c r a c k o f p l a i n c o n c r e
5、 t e a n d r o l l e r c o mpa c t e d c o n c r e t e s p e e i me n s wa s c a r de d o u t a n d f r a c t u r e e n e r g y we re o b t a i n e d Th e e ffe c t o fi n c i s i o n s h a pe s o fp r e f a b ric a t e d c r a c k o n f r a c t u r e e n e r gy we re c o mp a r e d o n t h e an a l
6、 y s i s o f t e s t s r e s ul t s I t i n d i c a t e s t h a t f r a c t u r e e n e r gy o f t ho s e s a we d s p e c i me n s i s t h e l a r g e s t , t h os e o fV s h a p e d i n c i s i o n s p e c i me n s t a k e s t h e s e c on d p l a c e and t h o s e o fe mb e d d e d s t e e l p l
7、a t e s p e c i me n s i s t h e t h i r d, wh i l e t h o s e o fr e c t ang l e s h a p e d i n c i s i o n s p e c i me n s i s t h e s ma l l e s t T he r e s ui t s h o we s t h a t i n c i s i o n s h a pe s o f p r e f a b ric a t e d c r a c k h a s mo re i n flu e n c e for p l a i n c o n
8、c r e t e t h a n r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e V- s h a p e d i n c i s i o n p r e f a b ric a t e d c r a c k i s p r e f e r a bl e wh e n t h e we d g e s p l i c i ng t e s t i s r e q ui r e d Ke y wor ds : p l a i n c o n c r e t e; r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e
9、; fra c t u r e e n e r gy ; we d g e s p l i t t i n g t e s t ; i n c i s i o n s h a p e s o f p r e f a b ric a t e d c r a c k 0引言 1 试验过程 混凝土的断裂能 G 是一个基于虚拟裂纹模型并考虑了 混凝土软化特性的断裂参数 , 是指形成断裂区单位面积所需消 耗的能量, 它可由反映材料全部力学特征的荷载一 变形曲线下 的面积确定。 目前, 国内外对混凝土材料的断裂能及其测试都 比较重视【 l _ , 然而这些工作大都限于普通混凝土 , 对碾压混 凝土断裂能测
10、试结果的报告却不多。 由于碾压混凝土在水利 工程中的广泛应用, 对其断裂特性的研究也是一个亟待解决 的问题。 楔人劈拉试件是 目前广泛采用的断裂试验几何形式 , 试验条件下楔入劈拉试件 中的初始裂缝 , 多采用尖端 v形的 3 l n l n厚 的钢板 预制形 成 1 5 , 而 在实 际的工 程应 用 中 , 造成 混 凝土开裂损伤的原因多种多样。 这些裂缝成因不同, 形态各异, 对混凝土 断裂特性 的影响也有 所不 同。 另外 , 从 成缝方法 和对 缝的影响的角度来看, 预埋裂缝和锯缝缝尖对于裂缝区裂纹扩 展路径的影响程度也不相 同, 其对混凝土断裂能的影响存在 多大的差别也有待研究。
11、为此, 本研究紧密结合 水工混凝土 断裂试验规程 , 测定了碾压混凝土楔人劈拉试件在不同预制 裂缝切口形式下的断裂能值 , 并与同龄期普通混凝土断裂能的 测定值进行了比较。 收稿 日期 :2 0 1 l - o 2 - _0 5 基金项 目:国家 自然科学基金项 目( 5 0 7 0 9 0 1 3 ) 1 1 原材料和配合 比 试验用水为生活用 自来水 , 水泥为 P 0 3 2 5级水泥, 选用 I I 级粉煤灰 , 砂子为天然中砂 , 最大粒径 5 i l n l , 粗骨料采用最 大粒径 为 2 0 mm 的 I 级配 碎石 , 外加剂 为混凝土高效 减水剂 。 试验所用配合比如表 1
12、 所示 。 表 1 普通 混凝土( P C) 及碾压混凝土( R CC) 配合比 1 2试 件 的制作 制作普通混凝土( P c) 和碾压混凝 土( R C C) 各 四组每组 6 个 共 4 8个试件, 所有试件均采用标准钢模浇筑, 分两次振捣成型, 每次成型厚度约为 7 5 mi l l , 试件一侧中间位置垂直放置两侧涂 油的钢片, 钢片外面包塑料隔离层( 防止钢片同混凝土黏在一 起) 。 每种类型试件按预制裂缝切口 形式分为四种工况( 见表 2 ) 。 全部试件采用塑料覆膜, 室温洒水方式养护 9 0 d 。 在试验前 3 d , 将试件表面磨平, 用建筑结构胶将切割好的大理石块黏在
13、开缝一侧的试件两端( 如图 1 ) 。 试验前实测相关参数见表 3 。 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 将获取的F C MO D曲线微分分段, 微分后的梯形面积 矩形 面积, 利用 E x c e l 逐段计算, 然后累加即可获得曲线下的总面积。 ( 2 ) 计算韧带断面的面积 。 A g - t ( h - a ) ( 1 ) 式中: 试件厚度, m; 试件高度 , m; 。 裂缝的初始长度 , m。 ( 3 ) 由式 ( 2 ) 计算 断裂能 G F 。 一 十 C MOD r 2t a
14、 n0 式中: c MD D 裂缝口最大张开位移 , mm; , 楔形加载架的质量( 本试验 m g = l 1 2 k N) ; 楔形加载架的楔面与纵轴的夹角( 理论上, 楔形角 0 越小越好, 但太小不易操作, 本试验 0 =- 1 5 。 ) 。 根据上述公式 , 得到有效试件断裂能的计算结果见表 4 。 表 4 普通混凝土及碾压混凝土断裂韧度的计算值 2 3 试验结果及原 因分析 绘制两类试件断裂能与预制裂缝切口类型之间的关系曲 线 , 如图 5 所示 。 4 0 0 350 一 目 300 250 邑2 0 0 罐 1 5 O o 0 5 O O P CJ RC CJ P CV RC
15、CV PCY RCCY PCD, RCCD 预制裂缝切口情况( 工况) 图 5 试 件断裂能与预 制裂缝切 口类型的关 系曲线 ( 1 ) 几种预制裂缝切口形式中, P C试件断裂能由高到低依 次是: P C J P C V P C Y P C D。 结合观察到的试验现象 , 分析其中 的原 因 : 混凝 土是一种 非均质 的准脆性材料 , 它的破坏是 由于 其中的裂缝扩展引起的, 而裂缝的扩展又是由于缝端区域的微 裂缝在外载作用下不断扩展 、 汇集 、 贯通而造成的。 与此同时 , 缝端附近将出现一个微裂缝区。 从能量角度而言, 微裂缝区的形 成和扩展将消耗外力功。 微裂缝扩展路径越长, 断
16、裂面曲折度越 高, 断裂过程中消耗的能量就越高。 在工况一的情况下, 预制裂 缝尖端的 v型切口使裂纹易于沿着单一方向扩展, 断裂能受到 骨料与砂浆之间的黏结力影响较大, 断裂面较平直; 在工况二 的情况下 , 部分粗骨料在预制裂缝过程中被破坏, 裂纹可能不 沿预制裂缝扩展 , 断裂面曲折 , 试件开裂过程中消耗的能量较 多, 故断裂能最高 ; 在工况三的情况下 , 由于预制裂缝带有一定 的宽度 , 所以缝端也有一定的宽度 , 即缝端不是尖的, 而是钝 的, 使得切口可能沿一主一次两个方向发展, 有的裂缝甚至绕 过 测试 点 , 因而 断裂能最低 。 在工况 四的情况下 , 预埋钢 片与预 制
17、 裂缝产生 黏结 , 缝端形成 的微裂缝 较多 , 主裂缝发展 趋势不 明显, 故断裂能低于工况一 、 二而高于工况三。 ( 2 ) R C C试件的断裂能在不同预制裂缝切口情况下的变化 趋势与 P C的基本一致 , 即: R C C J R C c V R c c Y R c c D。 原理 与 P C相 似。 ( 3 ) 预制裂缝切 口形式对普通混凝土断裂能的影响较大 , 对碾压混凝土断裂能的影响较小。 原因在于: 两种类型的混凝土 所用原材料及配合 比有一 定的差异 , 普通混凝土呈 现出较高 的 脆性性 能 , 而碾压混凝土制作过程 中碾压层方 向与 裂缝 的开裂 方向是垂直的, 楔人
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