基于声发射及CT图像的混凝土细观损伤研究

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建筑废物的再生资源化利用对于当今建设绿色、节约发展型社会来说是必不可少的一个方面。目前对混凝土结构宏观力学性能方面的研究居多,对其结构微观破坏的研究相对较少,为了找出细观损伤与混凝土宏观性能之间的关系,对再生混凝土进行细观损伤试验是非常有必要,因此本文基于声发射技术和电镜扫描对再生混凝土进行细观损伤试验,同时对混凝土试样进行CT扫描试验并基于CT图像建立接近真实结构的三维模型进行数值模拟研究,主要内容如下:(1)基于声发射技术对再生混凝土试块单轴受压全过程进行数据采集,以破坏过程中的宏观表现为基础,将应力水平作为划分依据,得到再生混凝土试块在单轴受压过程中不同受力阶段撞击计数和峰值频率的分布统计表,用四个峰值频率特征区间来对应不同应力阶段再生混凝土的损伤机理,利用声发射信号的特征来预测损伤劣化的程度,在未来有着重要的意义。(2)根据声发射分析方法,用不同的声发射参数来表征再生混凝土的损伤演化过程、损伤破坏状态、损伤破坏类型以及裂纹演化过程。b值的变化趋势,可以准确的评价混凝土内部裂缝的发育过程,b值的骤然下降是混凝土失稳破坏的前兆特征,持续波动下降为再生混凝土宏观破坏的特征。依据声发射活动与损伤发展的相关性,建立了以声发射累计能量为指标的再生混凝土损伤演化模型,拟合得到的试验值与理论值曲线吻合程度良好,为再生混凝土更深层次的理论研究与实际使用提供了依据。(3)通过扫描电镜发现再生混凝土存在扰动裂缝和原生裂缝两种,裂缝一般发生在界面结合处。界面过渡区存在较多的孔洞,通过EDS观测发现ITZ区域水化产物丰富但微观结构较为疏松,ITZ一般为再生混凝土的薄弱环节。(4)基于CT技术对不同荷载下的混凝土进行图像扫描,对所得结果处理后通过MIMICS软件建立三维模型,结合ABAQUS工具进行数值模拟计算。模拟结果和扫描测试结果相一致,所建模型可充分展示混凝土试件内部细观损伤特征,证明该建模方法具有可行性,为数值模拟研究混凝土的细观破坏形式与机理提供了不同的建模手段。
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