再生骨料混凝土在荷载-冻融条件下的多场耦合数值模拟.pdf
《再生骨料混凝土在荷载-冻融条件下的多场耦合数值模拟.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《再生骨料混凝土在荷载-冻融条件下的多场耦合数值模拟.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目(、)江西省主要学科学术和技术带头人培养计划领军人才项目()作者简介:雷斌()男教授博士博士生导师研究方向为再生混凝土:.雷斌黄威武王时彦等.再生骨料混凝土在荷载冻融条件下的多场耦合数值模拟.南昌大学学报(工科版)():.()():.再生骨料混凝土在荷载冻融条件下的多场耦合数值模拟雷斌黄威武王时彦徐震寰(南昌大学工程建设学院江西 南昌)摘要:由于混凝土服役时通常处于多因素耦合环境单一的冻融循环场不能反映服役混凝土的工作状态 考虑了不同新、老界面渗透率、不同降温速率和是否存在外加荷载等因素分析了再生混凝土第一主应力分布、孔隙水压力、各细观成分应变参数的变化
2、 通过 编写再生混凝土的二维随机骨料模型利用 对 进行二次开发从细观层面上分析了荷载冻融循环作用下再生混凝土的性能 结果表明:新、老界面渗透率过高会导致试件第一主应力下降导致砂浆发生受拉破坏降温速率过快导致孔隙水结冰速率提高并使结冰量增大水相变引起的体积膨胀导致孔隙壁受到更大压力外加荷载的存在加快了冻融过程中老砂浆与新水泥基质的剥离关键词:再生混凝土数值模拟冻融模拟随机骨料多场耦合中图分类号:文献标志码:文章编号:()():.:由于我国城镇化进度的加快老旧房屋及老旧构筑物的拆除所产生大量的建筑废料对环境造成了较大的污染 有研究表明大约有 的粗骨料和细骨料用于混凝土中将建筑废料中的再生粗细骨料用
3、于制造再生混凝土可以带来显著的经济与环境效益 再生混凝土是指利用再生粗骨料完全或者部分取代天然骨料浇筑成的混凝土 再生混凝土技术不仅缓解了我国天然砂石紧缺的问题同时实现了建筑垃圾资源化并推动了我国建筑行业转型为国家碳中和目标的实现提供了巨大帮第 卷第 期 年 月 南昌大学学报(工科版)().助我国幅员辽阔许多处于寒冷环境下的混凝土结构都受到不同程度的冻融破坏再生混凝土在冻融环境下的性能表现成为了国内外学者关注的热点问题 由于再生混凝土的细观结构比传统混凝土复杂其细观结构中存在 个界面过渡区分别是再生骨料与老旧砂浆的老界面过渡区以及再生骨料与新砂浆的新界面过渡区而旧砂浆是再生混凝土的薄弱部分 由
4、于再生混凝土的初始缺陷导致再生混凝土的耐久性能不如天然骨料混凝土 不仅如此在实际工程中混凝土时常处于多因素耦合的环境条件多因素耦合作用下混凝土的破坏机理较单一因素作用下更为复杂 等研究了再生混凝土在复杂盐溶液中经重复荷载和冻融循环耦合作用下的耐久性能试验发现经过盐溶液浸泡后受到相同循环加载条件下的再生混凝土抗冻融性能比天然混凝土高 等研究了碳化、干湿、冻融循环的耦合作用对再生骨料混凝土耐久性的影响及其机理碳化和干湿循环可以改善孔隙结构降低孔隙连通率冻融循环碳化和冻融循环耦合以及碳化、干湿循环和冻融循环耦合 种耦合工况下可显著破坏孔隙结构 上述试验研究主要通过分析多因素耦合作用下再生混凝土试块的
5、微观形貌、砂浆及界面过渡区的显微硬度和孔隙率等参数来探讨其破坏机理 但试验研究无法准确判别再生混凝土内部骨料、基体以及新、老界面等组分破坏的初始位置及其损伤演化过程随着计算机技术的发展有学者使用仿真软件建立混凝土模型通过模拟混凝土各组分之间的相互作用从而分析混凝土的破坏机理 等通过 脚本建立混凝土随机骨料模型采用 分析冻融条件下气孔含量及骨料级配对混凝土性能的影响结果发现混凝土中气孔含量越高骨料级配越不均匀冻融循环后的强度损失越大且气孔含量对混凝土抗冻融性能的影响比骨料级配大 等通过建立二维混凝土数值模型分析其冻融性能结果表明界面过渡区的渗透率对混凝土的抗冻融性能有重大影响而界面过渡区的热膨胀
6、性能对混凝土的抗冻融性能几乎没有影响 虽然上述文献对混凝土的冻融破坏机理进行了模拟分析但是还未有相关文献对再生骨料混凝土在荷载冻融条件下的多场耦合数值模拟进行深入研究本文通过 程序建立再生混凝土随机骨料模型利用 软件对多因素耦合作用下再生混凝土的冻融破坏进行数值模拟实现了模型建立和数值分析的有效应用并从细观层面上分析了再生混凝土在冻融条件下的多场耦合后的性能表现 随机骨料模型的结构建立.混凝土细观结构再生混凝土与天然混凝土的性能差异主要是再生粗骨料表面包裹着一层老旧砂浆使得各个再生粗骨料的性能不尽相同附着在再生粗骨料表面的砂浆会明显影响再生混凝土界面过渡区性能再生混凝土在细观结构上由天然骨料、
7、包裹老旧砂浆的再生骨料、新砂浆、新界面区、老界面区五相结构组成.骨料级配再生骨料与天然骨料相同由于骨料粒径不同被划分为粗骨料和细骨料两部分 骨料级配是指粗骨料和细骨料之间的数量比例骨料级配会影响混凝土硬化后的各种力学性能 世纪初美国学者富勒基于最大密度理论提出了富勒最大密度级配曲线方程 富勒方程如下:()()式中:()为骨料粒径为 以下的质量百分比为最大骨料粒径 由于富勒方程只适用于三维空间的级配曲线而本文随机骨料模型为二维空间结构于是利用瓦拉文公式将富勒方程进行转换使其适用于二维空间 瓦拉文公式如式()所示被用来建立富勒级配曲线与二维级配曲线的联系则混凝土内部任意一点落在粒径小于 的骨料内部
8、概率为:()每次骨料投放后都需进行相交性判断使得所有骨料都互不相交符合投放要求的骨料如图 所示xyOO0R1O1R0图 符合投放要求的骨料.再生混凝土模型参数 本文采用有限元分析软件 中的固体力学模块模拟计算再生混凝土试件冻融循环过程中的应力场达西定律模块计算孔隙水结冰过程及其水压力多孔介质传热模拟温度场变化 本文采用尺寸为 水灰比设置为.骨料体积分数为 且骨料取代率为 的正方体再生混凝土试件 根据文献设置骨料、老界面、老砂浆、新界面、水泥砂浆的密度、弹性模量、泊松比、比热容、导热系数、热膨胀系数根据文献设置水和冰的弹性模量、体积模量、导热系数、比热容、流体可压缩性、密度 由于混凝土内部存在各
9、种微裂缝和孔隙在冻融过程中会伴随着孔隙水的相变孔隙水结冰产生的压力也是混凝土冻融破坏的成因之一 根据文献设置多孔骨架体积模量、水与冰界面张力及水的动力黏度本文应力场采用固体力学模块底部采用固定约束防止模型内部压力发生位移两侧采用辊支撑考虑重力作用重心在试件几何中心 渗流场采用达西定律模块初始水压和初始水头均为 有限元中网格的划分本质是将分析对象整体离散为多个连续性单元的过程 本文网格单元总数量为 个以单元偏斜度衡量单元质量单元平均质量为.质量较好可以达到计算精度要求其中最大单元大小为.位于水泥砂浆单元中最小单元大小为.位于新老界面单元处 再生混凝土的多场耦合模拟.新老界面及砂浆渗透率对再生混凝
10、土抗冻融性能的影响设定 为一个完整升温降温的冻融循环冻融循环初始温度为 每次模拟包含 个冻融循环 新老界面渗透率是砂浆渗透率的 倍设置新老界面渗透率分别为.、.、.的再生混凝土研究新老界面砂浆渗透率对再生混凝土抗冻融性能的影响 从图 中可以看出随着渗透率的减小无论处于温度升高状态或是温度降低状态孔隙水压力逐渐升高孔隙水相变点处的孔隙水压力达到的峰值应力也随之大幅度提高说明再生混凝土的界面性能对抗冻融性能有很大影响降温段在温度刚开始降低的前.时 种试件的孔隙水压力变化和彼此差异都不大且 种试件的孔隙水压力数值都偏小 从.时孔隙水开始发生相变此时 种试件的孔隙水压力都开始升高其中渗透率为.、.种试
11、件的孔隙水压力近乎以突变的方式增长而渗透率为.试件的孔隙水压力呈缓慢上升趋势增长的数值并不大 造成此现象的原因推测可能是因为渗透率大的试件水分迁移难度较低即使水结冰也不会对孔隙壁造成过大的孔隙水压力 随着冻融循环的进行降温段的孔隙水第 期 雷斌等:再生骨料混凝土在荷载冻融条件下的多场耦合数值模拟压力的变化趋势基本不变但是峰值压力会随之降低 出现此现象的原因是随着冻融循环次数增加试件内部孔隙结构由于过大的孔隙水压力导致损伤使得孔隙逐渐连通导致孔隙水迁移难度下降当温度到达最低点时对试件造成的峰值孔隙水压力逐渐下降1209060300-30-60302010040渗透率1.102 510-18m2渗
12、透率1.102 510-19m2渗透率1.102 510-20m2p/MPa/图 不同渗透率试件孔隙水压力变化.升温段 种试件的孔隙水压力都开始降低其中渗透率为.、.种试件的孔隙水压力降低的幅度较大而渗透率为.试件的孔隙水压力下降的幅度较缓 此阶段由于冰开始融化水分开始逆迁移对孔隙产生拉力 在冰融化的前期冰融化对孔隙造成的拉力小于冰晶对水的阻碍造成的压力所以此时孔隙中还是受到压力作用随着温度逐渐降低到达相变点处渗透率为.试件的孔隙水压力逐渐恢复到初始压力阶段 而渗透率为.试件的孔隙率在第 次冻融循环同样恢复到初始压力状态但随着冻融循环次数的增加试件在相变点处的孔隙水压力下降到负数试件处于受拉状
13、态 推测可能的原因是孔隙出现微裂缝裂缝的增加导致孔隙水迁移的过程增加导致孔隙水对试件造成的持续拉力增大从而导致了多次冻融循环后回到初始温度时孔隙水压力呈负值表 中的试件在渗透率为.、.、.下的孔隙水压力是再生骨料混凝土在第 次最低温点时的峰值分别为.、.、.由达西定律可知压力与渗透率成反比 随着渗透率的增大水分迁移的难度减小导致孔隙水压力也相应降低这一结论与 等的结论一致表 不同渗透率试件最大孔隙水压力.试件渗透率/最大孔隙水压力/.如图 所示从左到右分别为渗透率为.、.、.试件的第一主应力分布图 可以看出随着渗透率的降低试件水泥砂浆面上应力明显增大 渗透率为.试件水泥砂浆处应力大约在 渗透率
14、为.试件水泥砂浆处应力大约在 渗透率为.试件水泥砂浆处应力大约在 从应力的分布来看应力主要集中在骨料密集区的界面层处而其他部位的应力相对较小 此现象出现的原因是界面渗透率与水泥砂浆基质渗透率差异过大水分在迁移过程中产生较大的压力梯度造成应力的集中应力集中在渗透率低的试件上尤为明显图 不同渗透率试件最低温点第一主应力分布.图 所示为循环结束后()的应力分布图 渗透率为.试件上下边界应力为负呈受压状态而试件中部应力为正呈受拉状态越靠近试件中部应力越大 渗透率为.南昌大学学报(工科版)年试件上边界中部及下边界应力为负试件中心部分应力为正且越靠近中心部位应力越高渗透率为.试件受压部分主要集中在下边界以
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 再生 骨料 混凝土 荷载 条件下 耦合 数值 模拟
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。