颗粒冲击引起混凝土材料的损伤.pdf
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1、2 0 1 0 年 第 1期 (总 第 2 4 3 期 ) Nu mb e r l i n 2 01 0 ( T o t a l No 2 43) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HEORE TI 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 0 0 1 0 0 4 颗粒冲击引起混凝土材料的损伤 岳汉威 ,马振珠 ,包亦望 , ,刘叶栋 ,张立君 , ,蔡亚楠 ( 1 中国建筑材料检验认证 中心 ,北京 1 0 0 0 2 4 ;2 中南大学 资源加工与生物工程学院 ,湖南 长沙 4
2、 1 0 0 8 3 ) 摘要 : 利用冲击球压法对标 准养护室 、 室外 、 水以及 5 Na 2 s O 溶液环境下的 C3 0混凝土试件进行了试验 。对混凝土应力一压痕 尺寸 关系和压痕形 貌进行 了评价和描述 。试验结果表 明: 当冲击应力一压痕尺寸关系超过某一临界点后, 压痕增 大的速率远远大 于应力 的增 长 , Na : S O , 溶液 和水环境 中的试件尤为 明显 ; 对压痕形貌 的观察发现 , 室外和 Na , s 0 溶液中的试件其损伤最为强烈 , 具体表现为压痕周围 发生 了较为剧烈 的颗粒脱落和松动 。 关键词 : 冲击球压 ;混凝土 ;损伤;压痕 中图分类号 : T
3、 U5 2 8 O l 文献标志码 : A 文章编 号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 l 一 0 叭O 一 0 2 Dama ge o f c onc r e t e c aus ed b y par t i cl e i mp ac t i ng I f UE Ha n we i , MA Zh e n - z h u , BA O Yi wa n g , L I U Ye d o n g , ZHANG L u n , CAIY a - n a n。 ( 1 C h i n a Bu i l d i n g Me t e r i a l s T e s t
4、i n g&C e r t i fi c a t i o n B e ij i n g 1 0 0 0 2 4 C h i n a ; 2 S c h o o l o f Mi n e r a l s P r o c e s s in g a n d Bi o e n g i n e e ri n g , C e me r S o u t h U n i v e r s i t y , Ch a n g s h a 4 1 0 0 8 3 , Ch i n a ) Abs t r a c t : Co nc r e t e wi l l b e a f f e c t e d i n s t
5、a n d a r d c u rin g r o o m o u t d o o r s i n wa t e r a n d in 5 Na 2 S 04 s o l u t i o n C3 0 c o n c r e t e i n t h e s e e n v i r o n me n t wa s e x p e r i me n t a l i z e d b y s p h e r e i mp a c t i n g Th e r e l a t i o n o f c o n c r e t e i mp a c t i n g s t r e s s v e r s u
6、 s i n d e n t a t i o n s iz e a n d t h e i n d e n t a t i o n mo r p h o l o g y we r e e v a l u a t e d a n d c h a r a c t e riz e d Ex p e ri m e n t a l r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e r a t e o f i n d e n t a t i o n s i z e i n c r e a e xc e e d s mu c h l a r g e r th a n t
7、ha t o f s t r e s s i n c r e a s e wh e n s t r e s s i n d e n t a t i o n s i z e s u rp a s s e s c e r t a i n c rit i c a l p o i n t , e s p e c i a l l y i n Na 2 S O4 s o l u t i o n a n d wa t e r Th e o b s e r v a t i o n o f ind e n t a t i o n m o h o l o g y s h o ws that t h e s tro
8、 n g e s t s p e c i me n d a ma g e h a p pe n s o u t d o o r s a n d i n NS O4 s o l u t i o n, m a n i f e s t e d a s i n t e n s e pa r t i c l e d e t a c h m e n t a n d l o o s e n e s s a r o u nd t h e i n d e n t a t i o n Ke y w o r ds : s p h e r e i mp a c t i n g; c o n c r e t e ; d
9、 a ma g e; i n d e n ta t i o n 0 引言 混凝土作为应用最广泛的工程材料往往曝置于 自然环境中, 服役期间会不同程度地受到环境、 气候等因素的影响而导致性能 下降 ; 此外 , 应用于交通 、 道路工程的混凝土常常会遭遇如下情况 : ( 1 ) 车辆 的碾压 ; ( 2 ) 小颗粒小石子的冲击 ; ( 3 ) 其他人 为的或间接人 为的影响 。 损、 环境等因素的继续作用下自发地进行扩展 、 并合, 因此这些 损伤无疑是侵蚀介质侵入混凝土内部的首选通道。在这些因素 的协 同作用下 ,混凝 土的力学性能和耐久性 必然会加速地 恶 化 。值得注意的是 , 大部分人对
10、颗粒损伤引起 混凝 土破 坏的现 象报 以轻视的态度 , 想 当然地将颗 粒损伤混凝土看做是 “ 以卵 击石” 的效果 , 大大阻碍了这方面的研究。 1试验 这些颗粒与混凝土接触的问题可以近似于小球与半无限 1 1 体的接触问题I l 1 , 即球头冲击。混凝土是准脆性材料, 受到这些 原材料 水泥 : 冀 东水泥 厂生产 的普通硅 酸盐水 泥 ; 砂 : 标 准天然 颗粒作用时很容易产生局部的表面损伤 ,产生的损伤会在磨 砂; 石: 碎石; 水 : 自来水。配合比见表 1 。 表 1 混凝土配合 比 混凝土由单卧轴强制式搅拌机拌合 , 搅拌 3 rai n后装入 1 0 0 m mx l 0
11、 0 m m的试模中振动成型, 每组 6 个试件。养护 2 4 h 后拆模, 将其分别移置标准养护室、 水中、 室外以及质量分数为 5 的 Na , S O , 溶液直至所需龄期 。 1 2冲 击球 压试验 进行试 验前先对试 件进行 打磨和抛光 。利 用 自制 的弹簧 收稿 日期 :2 0 0 9 - 0 7 - 2 2 基金项目:国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) ( 2 0 0 7 A A 0 3 Z 5 2 6 ) 1 O 冲击锤在试件表面进行球头冲击试验, 弹簧压缩量随高度的 不同共设 6个档位 , 试点的选取尽量距试件边缘较远以确保 压人不受到试件边缘的影响; 每组试件布
12、置 3 6个测点 , 选取 合理的测点记录冲击力值和压痕尺寸, 压痕的尺寸取横纵两 次测量的平均值。利用数码照相机对压痕的宏观形貌进行 拍摄 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 结果与讨论 2 1 冲击应力和压痕尺寸的关 系 混凝土的性能随着所处环境的不同而各异。混凝土中, 水 泥的水化作用将会延续 很长的过程 , 在这 个过程 中, 混凝 土需 要足够的水资源 和温 度条件 : 水分不 足 , 水化 反应就会受 到制 约 ; 温度过低 或过高 , 都将影 响水 化反应 的进行 和混凝土密实 度的降低。室外环境缺少充足的水源和适宜的水化温度, 对混 凝土的性
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