混凝土材料結(jié)合性能研究

鄭 文 春

(福建璟榕工程建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 福州 350000)

1 概述

由于混凝土是多相材料，混凝土中實(shí)際上是存在一個(gè)薄弱的結(jié)合面—界面，通過(guò)力學(xué)分析可以得到，界面在混凝土材料結(jié)合的內(nèi)部邊界[1-4]。而破壞往往就是從結(jié)合處的界面發(fā)生破壞，我們需要研究界面處及其周邊的應(yīng)力狀態(tài)，這是一項(xiàng)有意義的工作[5，6]。而且，在界面處，混凝土與纖維變形互相約束，導(dǎo)致了應(yīng)力集中產(chǎn)生奇異點(diǎn)。同時(shí)，混凝土由于由多相材料組成，在界面處存在大量的微裂紋，因此，研究界面處的微裂紋模型與材料的奇異性是研究材料性能的一個(gè)重要手段。

2 混凝土材料界面奇異性研究

對(duì)于平面問題,復(fù)合材料兩種不同的材料結(jié)合在一起，具有兩個(gè)重要的組合彈性參數(shù)——Dundurs參數(shù)：

其中，v為泊松比。

由Goursat公式:

根據(jù)Dundurs的解答，于是:

Dundur參數(shù)實(shí)際上是給出了界面上相互約束的材料特性的影響。混凝土材料是一種復(fù)合材料,混凝土中基體材料和骨料的界面,纖維和基體材料的界面都是薄弱環(huán)節(jié),將Dundur參數(shù)引入到混凝土中來(lái),為研究界面的奇異性打下基礎(chǔ)。

3 混凝土中界面力學(xué)分析

根據(jù)Bogy 理論，采取Mellin變換，得到：

Aβ2+2Bαβ+Cα2+2Dβ+2Eα+F=0

(1)

其中:

A=K(θ1)K(θ2)；

B=2λ2sin2θ1K(θ2)+2λ2sin2θ2K(θ1)；

C=4λ2(λ2-1)sin2θ1sin2θ2+K(θ1-θ2)；

D=2λ2[(λ2-1)sin2θ1sin2λθ2-sin2θ2sin2λθ1]；

E=K(θ2)-K(θ1)-D；

F=K(θ1+θ2)；

K(θ)=sin2(λθ)-λ2sin2(θ)。

其中，λ為特征值,方程稱為界面的特征方程。

對(duì)方程進(jìn)行討論:

1)令θ1=θ2=180°,得到混凝土中的界面微裂紋模型,見圖1。

求解可以得到:

2)θ1=θ2=90°，此時(shí),有特征方程為:

上式只有在0≤Reλ≤1范圍內(nèi)才有解,同時(shí)對(duì)上式進(jìn)行討論得到了下面的結(jié)論:

從上式可以看出，此處存在高階微量，也就是說(shuō)界面端處應(yīng)力狀態(tài)好，應(yīng)力集中和奇異性少。

4 結(jié)語(yǔ)

基于平面分析，我們得到了混凝土材料復(fù)合的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于工程上常用的聚丙烯纖維混凝土，鋼纖維混凝土等增韌纖維混凝土，我們可以采用將Dundurs參數(shù)引入該指標(biāo)，得到了硬纖維加入到較硬基體材料中，軟纖維加入到較軟基體材料中將取得更好的效果。

[1] 白衛(wèi)峰.混凝土損傷機(jī)理及飽和混凝土力學(xué)性能研究[D].大連：大連理工大學(xué),2008.

[2] 吳文選.內(nèi)養(yǎng)護(hù)混凝土的微觀結(jié)構(gòu)及其性能研究[D].武漢：武漢理工大學(xué),2010.

[3] 劉衛(wèi)東.改性聚丙烯纖維混凝土的工程性能研究[D].上海：東華大學(xué),2010.

[4] 任慧韜.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能和長(zhǎng)期受力性能研究[D].大連：大連理工大學(xué),2003.

[5] 王 沖.特超強(qiáng)高性能混凝土的制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究[D].重慶：重慶大學(xué),2005.

[6] 李 偉,朱浮聲,王曉初，等.納米混凝土的制備及其干縮性能研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,38(8):1173-1176,1194.