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摘要:
火灾的发生往往会导致混凝土材料微细观结构的损伤劣化,体现在水化物分解、孔隙结构粗化、热开裂和水汽压力升高诱致开裂等,继而导致材料宏观力学性能及耐久性的下降。轻质高强、内部多孔、高热稳定的玻化微珠(GHB)的细观调控功能可实现混凝土耐高温性能的提升。为了研究受高温作用的再生保温混凝土(RATIC)内部细观结构及裂纹变化特征,本研究首先对高温作用后的RATIC开展了立方体抗压强度试验和CT扫描试验,之后利用基于改进的自适应阈值法和区域生长法的图像分割算法,建立了基于真实结构的RATIC细观模型,分析了不同GHB及再生骨料(RCA)掺量的RATIC试件随温度变化时其内部微裂纹的孕育、萌生、发展及贯通过程。并对RATIC破坏形态与CT结果进行了对比分析。研究结果表明:GHB对裂缝的延伸有显著阻断作用,为蒸汽压提供了释放通道,缓解了砂浆区域、孔隙边界处的开裂,减缓了热量的传播,提升了混凝土抗热致损伤性能。
摘要:
普通混凝土在冲击载荷作用下断裂耗能能力差,而采用单丝态碳纤维掺入混凝土中制备的碳纤维增强混凝土(Carbon fiber reinforced concrete,CFRC)不仅可使混凝土衍生出多种功能性,同时可大大改善混凝土的抗冲击性能。利用落锤试验机对CFRC梁在低速冲击下的动态力学响应进行研究,在此基础上建立基于纤维随机分布的混凝土细观力学模型,研究不同纤维掺量和冲击速度对CFRC梁在低速冲击下力学响应、断裂耗能及破坏形态等的影响规律。结果表明:力学响应方面,基于随机纤维混凝土细观模型的仿真结果与试验结果符合较好;随着碳纤维体积掺量的增大,支座反力峰值变化不大,碳纤维掺量0.4vol%的混凝土梁跨中竖向位移较大,抗冲击韧性最佳。断裂耗能方面,当冲击速度低于6 m·s–1时,增大掺量有利于碳纤维于基体中发挥桥接作用,提升CFRC梁的断裂耗能能力;随着冲击速度的增大,为保证基体非裂缝区碳纤维与混凝土之间协同耗能,进一步提高碳纤维混凝土的纤维掺量是提升冲击下CFRC耗能的关键。破坏行为方面,碳纤维掺量0.8vol%的混凝土梁在冲击下在跨中主裂缝附近呈现数量较多的斜裂纹弥散开裂行为;当冲击速度达到12 m·s–1时,CFRC梁的破坏呈现弯剪破坏形态。本文的研究结果可为CFRC在工程中的推广应用提供参考。
摘要:
纤维增强金属复合材料受到冲击时容易发生金属与纤维分层从而影响力学性能,为了缓解此类现象,将金属板冲孔,使用碳纤维和芳纶纤维交替穿编,制备了一种三维复合材料纤维金属互穿式复合板(Fiber Metal Interpenetrating Composite Plate,FMICP)。进行了低速冲击试验,研究了FMICP在不同冲击速度、冲击面积和冲孔样式下的力学性能。研究表明:当冲击速度在35.19~78.08 m/s之间时,FMICP发生了贯穿破坏,吸收了39.78~70.67 J的冲击能量;受到恒定49 J冲击能量时,冲击面积为491 mm2的FMICP最高能够吸收42.77 J能量;随着冲击面积的增大,FMICP中受到拉伸的纤维数量增多,冲击造成的冲切破坏和局部损伤减小;冲孔类型改变了FMICP中金属基的占比和应力传递方式,椭圆冲孔FMICP (41.11 J)相对矩型冲孔FMICP (34.08 J)能够起到更好的吸收能量的作用。本研究结果可为FMICP的推广应用提供参考。