骨料和砂浆等影响混凝土强度的细观层次机理分析.pdf

第 1 7卷第 6 期 2 0 1 4年 1 2月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI L DI NG MATE RI ALS Vo1 ．1 7， No． 6 De c ．。 2 0 1 4 文章 编号 ： 1 0 0 7 — 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 6 — 0 9 5 2 — 0 7 骨料和砂浆等 影响混凝 土强度的细观层次机理分析 阮 征 ， 陈 力 ， 洪 建 ， 张锦 华 ， 方 秦 ( 1 ． 解放军理工大学 爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室 ，江苏 南京 2 1 0 0 0 7 ； 2 ． 南京军区房地产管理局 ， 江苏 南京 2 1 0 0 0 5 ) 摘 要 ： 基 于全 级 配三维 细观 混凝 土随机 模 型 分析 方 法 ， 系统研 究 了混 凝 土 中砂 浆和 骨料 等各 组 分 的 受力特 点 ， 通过 现 场试验 以及 数值 模拟 分析 ， 揭 示 了骨 料 降低砂 浆 强度 的作 用机 理 ， 提 出混凝 土 宏观抗 压 强度 与砂 浆抗压 强度 间的修 正关 系， 并讨 论 了骨料 体积 分 数及 混凝 土 强度 分 别 对 该修 正 系数 的影 响规律 ． 研 究表 明 ： 骨料 的加入 会 降低 水泥基 材 料 的 强度 ； 混 凝 土材 料 的 强度 小于 相 同配 比条件 下的砂浆； 用混凝土强度参数代替砂浆参数进行 细观层次分析会造成较大误 差， 应进行修 正 ； 修 正 系数 随骨料 体积 分数 增加 而 线性增 长 ， 与混凝 土 强度 关 系不大． 关键 词 ：混凝 土 ； 砂 浆 ；全级 配 三维 细观 混凝 土随机模 型 ； 应 力状 态；修 正 系数 中图分类 号 ： TU5 0 2 ． 6 文献标 志 码 ： A d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 0 3 M e s o s c o pi c Ana l y s i s o n t he M e c h a ni s m o f Ef f e c t s o f Ag g r e g a t e a n d M o r t a r o n Co n c r e t e S t r e n g t h RUAN Zh e n g ”， CHEN Li ，HONG J i a n ， ZHANG J i n h u a ， FANG Qi n ( 1 ． S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Di s a s t e r Pr e v e n t i o n＆ Mi t i g a t i o n o f E x p l o s i o n & I mp a c t 。P LA Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y，Na n j i n g 2 1 0 0 0 7，Ch i n a ；2 ． P LA Re a l Es t a t e Bu r e a u i n Na n j i n g Mi l i t a r y Di s t r i c t ，Na n j i n g 2 1 0 0 0 5，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：The s t r e s s c ha r a c t e r i s t i c of mor t a r a n d a gg r e g a t e i n c o nc r e t e we r e s t ud i e d s y s t e ma t i c a l l y b a s e d o n t h e f u l l y - gr a d e d 3 D r a n do m m e s o — s c a l e c on c r e t e mo de 1 ．The m e c ha n i s m t h a t mi x i ng a gg r e g a t e i nt o m o r — t a r we a ks t h e c o nc r e t e s t r e n gt h wa s r e v e a l e d．The c o r r e c t i on c o e f f i c i e n t b e t we e n c o nc r e t e ma c r o - c o m p r e s - s i v e s t r e ng t h a n d mo r t a r c o mpr e s s i v e s t r e n gt h wa s e xp e r i me n t a l l y a nd nu m e r i c a l l y a na l y z e d ．The i nf l u e nc e of a g gr e g a t e v ol u m e f r a c t i o n i n c o nc r e t e a nd c on c r e t e s t r e ng t h on t he c o r r e c t i o n c oe f f i c i e nt wa s d i s c u s s e d i n d e t a i l ． I t i s de m o ns t r a t e d t h a t t h e s t r e ng t h o f m o r t a r c e m e nt ma t e r i a l wi l l be we a k e n b y m i x i ng no r m a l a g— g r e g a t e a nd t he s t r e ng t h of c on c r e t e i s l o we r t ha n t ha t o f m o r t a r i n t he s a me pr op o r t i o ni n g c o nd i t i o n． The r e i s a s i gn i f i c a nt e r r o r i f t he s t r e ng t h of c o nc r e t e i s d i r e c t l y us e d t o r e p l a c e t he s t r e ng t h o f mor t a r i n m e s o — s c a l e mo de l a na l y s i s ． The s t r e ngt h s ho ul d be c or r e c t e d by t he c o r r e c t i on c o e f f i c i e nt ． Th e s t r e ng t h c o r r e c t i on c o e f f i c i e nt i nc r e a s e s wi t h t he a gg r e g a t e v o l ume f r a c t i on，a nd ma ke s no d i f f e r e n c e on t he s t r e ng t h o f c on c r e t e ． Ke y wo r d s：c o nc r e t e；m o r t a r ；f ul l y — g r a d e d 3 D r a nd o m m e s o - s c a l e c o nc r e t e mod e 1 ；s t r e s s s t a t e；c o r r e c t i on c O e f f j c i e nt 混凝土由骨料 、 砂浆及连接骨料 和砂浆 的界面 层( i n t e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o n e ， I T Z ) 等组分构成 ， 呈 现 明显 的非 均 质 性 和 随 机性 ． 通 常将 混 凝 土 视 为 宏观均质体对其力学性能进行研究 ， 但混凝土的 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 6 — 0 1 ；修订 日期 ： 2 0 1 3 — 0 9 — 0 8 基金项 目： 国家 自然科 学基金 资助项 目( 5 1 3 7 8 0 1 6 5 1 1 7 8 4 6 2 ， 5 1 2 1 0 0 1 2 ) ； 国家重点基 础研究发展计划 ( 9 7 3计划) 项 目( 2 0 1 2 C B 0 2 6 2 0 4 ) 第一作者 ： 阮征( 1 9 8 8 ～ ) ， 男 ， 安徽安庆人 ， 懈放军理工大学博士生． 主要从事材料细观力学研究． E — ma i l ： r u a n z h e n g 1 9 8 8 1 0 1 9 @ 1 2 6 ． c o rn 通信作者 ： 方秦( 1 9 6 2 一 ) ， 男 ， 福建福清人 ， 解放军理工大学教授 ， 博士生导师． 主要从事 防护工程研究． E - ma i l ： f a n g q i ~s @1 3 9 ． c o rn 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 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 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 9 5 8 建筑材料学报 第 1 7卷 参 考 文献 ： [1] [2 ] [3] [4] [5] [6] ZHOU X Q， HA0 H．Mo d e l l i n g o f c o mp r e s s i v e be h a v i o u r o f c o n c r e t e — l i k e ma t e r i a l s a t h i g h s t r a i n r a t e [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S o l i d s a n d St r u c t u r e s ， 2 0 0 8， 4 5 ( 1 7 )： 4 6 4 8 — 4 6 6 1 ． 方秦 ， 还 毅， 张亚栋 ， 等． A B AQUS混凝 土损伤塑 性模型 的静 力 性能分 析I- J ] ． 解 放军 理工大学 学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 7 ， 8 ( 3 )： 2 5 4 — 2 6 0 ． FANG Qi n， HUAN Yi ， ZHANG Ya d o n g， e t a 1 ． I n v e s t i ga t i o n i n t o s t a t i c p r o p e r t i e s o f d a m a g e d p l a s t i c i t y mo d e l f o r c o n c r e t e i n AB AQus [ J ] ． J o u r n a l o f P L A Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c hn o l o gy： Na t u r a l S c i e n c e， 2 0 0 7， 8( 3 )： 2 5 4 — 2 6 0 ．( i n Ch i — n e s e ) 于骁中 ， 居襄． 混凝 土的强度和破 坏E J ] ． 水利 学报 ， 1 9 8 3 ( 2 ) ： 2 2 - 3 6 ． YU Xi a o z ho ng， j u Xi a n g．S t r e n g t h a n d d a ma g e o f c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n a l o f Hy d r a u l i c E n g i n e e r i n g ， 1 9 8 3( 2 ) ： 2 2 — 3 6 ．( i n Ch i ne s e ) W I TTM ANN F H．S t r uc t u r e o f c o nc r e t e wi t h r e s p e c t t o c r a c k f o r ma t i o n [ J ] ． D e v e l o p me n t s i n Ci v i l En g i n e e r i n g ， 1 9 8 3 ： 4 3 — 7 4 ． NEI TTAANMA ． KI P， ROSS I T， MAJ AVA K， e t a 1 ．S i mu l a — t i o n o f t he f r a c t u r e b e h a v i o ur o f c o n c r e t e u s i n g c o n t i mu u m d a ma g e mo d e l s a t t h e me s o s c a l e [ C] Eu r o p e a n C o n g r e s s o n Co mp ut a t i o n a l M e t h o d s i n Ap pl i e d S c i e n c e s a n d En g i n e e r i n g ． J y v a s k y l a ：s ． n ． ] ， 2 0 0 4 ： l _ 1 5 ． W RI GGERS P，M OFTAH S O．M e s o s c a l e mo d e l s f o r c o n 一 [ 7] [8] [9] [ 1 0 ] [ 1 1 ] c r e t e ： Ho mo g e n i s a t i o n a n d d a ma g e b e h a v i o r [ J ] ． F i n i t e E l e — me n t s i n Ana l y s i s a n d De s i g n， 2 0 0 6， 4 2( 7 )： 6 2 3 — 6 3 6 ． LU Yo n g。 S ONG Z h e n h ua n， TU Zh e ng u o ． An a l y s i s o f d y n a m— i c r e s p o ns e o f c o n c r e t e u s i n g a m e s o s c a l e mo d e l i n c o r p o r a t i n g 3 D e f f e c t s [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P r o t e c t iv e S t r u c t u r e s ， 2 O1 0， 1( 2 )： 1 9 7 - 2 1 8 ． 方秦 ， 张锦华 ， 还毅 ， 等． 全级配混凝土三维细观模 型的建模方 法研究 E J ] ． 工程力学 ， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 1 ) ： 1 4 — 2 1 ， 3 0 ． F ANG Qi n， ZHANG J i n h u a， HUAN Yi ， e t a 1 ．The i n v e s t i g a — t i o n i n t o t h r e e — d i me n s i o n a l me s o s c a l e mo d e l i n g o f f ul l y - gr a d e d c o n c r e t e [ J ] ． E n g i n e e r i n g Me c h a n i c s ， 2 0 1 3 ， 3 0( 1 ) ： 1 4 — 2 1 ， 3 0 ． ( i n Ch i n e s e ) 方秦 ， 张锦华 ， 龚 自明， 等． 基于三维细观模型的全级配混 凝士 静态力 学性 能的数值 模拟 E J ] ． 计 算力 学学 报， 2 o 1 2 ， 2 9 ( 6 ) ： 9 2 7 - 9 3 3。 9 4 7 ． F ANG Qin， ZHANG J inh u a， GONG Z i mi n g， e t a 1 ． Nu me r i c a l s i m— u l a t io n o f s t a t i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s b a s e d o n 3 D me s o s c a l e mo d e l o f f u l l y - g r a d e d c o n c r e t e [ J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f C o mp u t a — t i o n a l M e c h a n i c s ， 2 0 1 2， 2 9( 6 ) ： 9 2 7 - 9 3 3 ， 9 4 7 ． ( i n Ch i n e s e ) FANG Qi n， ZHANG J i nh u a ． 3 D n u me r i c a l mo d e l l i n g o f p r o — j e e t i l e p e n e t r a t i o n i n t o r o c k — r u b b l e o v e r l a y s a c c o u n t i n g f o r r a n d o m d i s t r i b u t i o n o f r o c k — r u b b l e [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I mp a c t En g i n e e r i n g， 2 0 1 4， 6 3： 1 1 8 — 1 2 8． GROTE D L， P ARK S W ， ZHOU M ．Dy n a m i c b e h a v i o r o f c o n c r e t e a t hi g h s t r a i n r a t e s a n d p r e s s u r e s ：I ．e x p e r i me nt a l c h a r a c t e r i z a t i o n [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I mp a c t En g i n e e r — i n g， 2 0 0 1， 2 5 ( 9 )： 8 6 9 — 88 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m