辽宁工程技术大学学报模板.doc
《辽宁工程技术大学学报模板.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《辽宁工程技术大学学报模板.doc(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、879第6期 王海波,等:纳米混凝土声发射Kaiser效应的试验与数值模拟文章编号:六号黑体1008-0562(2012)06-0875-06六号Times New Roman纳米混凝土声发射Kaiser效应的试验与数值模拟二号宋体,段前,段后各0.5行王海波1,谢志龙2五号楷体(1. 华东交大理工学院 土建分院,江西 南昌 330100;2. 南昌大学 建筑工程学院,江西 南昌 330031)小五号宋体摘 要:小五黑体为研究纳米材料的微观结构对混凝土宏观力学性能的影响,采用声发射试验和数值模拟相结合的方法,研究纳米混凝土在循环载荷作用下的声发射特性.结果表明:纳米混凝土具有明显的Kaiser
2、效应,但存在一定的应力水平范围.与普通混凝土相比,由于受到纳米SiO2微观作用的影响,纳米混凝土在前3次加载过程中,声发射能量高、幅值大、活性强.但在第4次加载时,由于承载能力得到提高,纳米混凝土声发射能量累积曲线的变化相对平缓.RFPA数值模拟结果与试验结果具有一致性,其应力图和声发射图能够形象地表征试件裂纹的扩展过程和破裂位置.这有助于深入了解纳米混凝土损伤过程的声发射特征.小五宋体,单倍行距关键词:小五黑体纳米混凝土;声发射;Kaiser效应;RFPA;数值模拟;纳米SiO2;试验;损伤小五宋体中图分类号:小五黑体O 348.8 文献标志码:小五黑体A Numerical simulat
3、ion and experiment on acoustic emissionKaiser effect of Nano-concrete三号Times New Roman, 行间距固定值23磅WANG Haibo1, XIE Zhilong2(1. Civil Engineering and Architecture Branch, Institute of Technology, East China Jiao Tong University, Nanchang 330100, China; 2. School of Civil Engineering and Architecture,
4、Nanchang University, Nanchang 330031, China)五号Times New Roman加粗Abstract:五号Times New Roman加粗 To study the influence of nano material microscopic structure on the macro-mechanical properties of concrete, using AE test and numerical simulation methods, the AE characteristic of Nano-concrete under cycli
5、c loading was investigated. The results show that the Nano-concrete has Kaiser effect, however, it occurs in a certain stress level range. Compared with ordinary concrete, the Nano-concrete has higher AE energy, larger AE amplitude and stronger AE activity during the first 3 loading processes due to
6、 the micro influence of Nano-SiO2. Nevertheless, in the 4th loading, the AE energy cumulative curve of Nano-concrete is relatively flat because of the improvement of the bearing capacity of Nano-concrete. The numerical simulation results of RFPA and experimental results are consistent. The stress di
7、agram and AE figure are able to image the characteristics of the specimen crack propagation process and the rupture position, which helps an in-depth understanding on the AE characteristics of Nano-concrete during its damage process.五号单倍行距Key words:五号Times New Roman加粗 Nano-concrete; acoustic emissio
8、n; Kaiser effect; RFPA; numerical simulation; Nano-SiO2; test; damage长度5厘米0 引 言四号仿宋,段前段后各12磅,固定值16混凝土材料自问世以来就受到了广泛的青睐1.随着应用范围的不断扩大、理论研究的不断深入,人们对混凝土材料的要求也不断提高.然而,普通混凝土的工作性能已经远不能满足需求.伴随纳米科学的不断进步与发展,人们试图在普通混凝土中添加纳米材料以改善其性能,这将成为一种新的尝试2.Job Wan3等对掺加纳米SiO2水泥砂浆的性能进行试验研究,发现掺纳米SiO2颗粒的水泥砂浆,其7 d和28 d的抗压强度均高于含有
9、硅灰的砂浆.扶名福4等将纳米SiO2作为外掺剂加入到普通水泥混凝土中,制备高性能混凝土和功能性混凝土,讨论纳米SiO2对普通混凝土工作性能的改善机理.杜应吉5等报道,在混凝土中,可以添加纳米SiO2作为“添加剂”,用来改善混凝土的强度、抗冻性和抗渗性等.目前,绝大多数的研究都停留在纳米材料对混凝土物理力学性能的影响上,关于纳米混凝土损伤破坏机理以及纳米材料的微观结构对混凝土宏观性能的影响方面的研究很少6.与普通混凝土一样,纳米混凝土是一种复杂的非均匀材料,其破坏的本质是内部微裂纹逐渐发展变化的结果,也是内部损伤不断积累的过程.许多学者通过试验和理论研究证明7-9,Kaiser效应对材料内部曾经
10、受过的损伤程度存在“记忆性”,能够反映和确定材料在先前加载过程中所受的损伤程度.因此,本文在普通混凝土中添加纳米SiO2,通过试验研究纳米混凝土在循环载荷作用下的声发射Kaiser效应,并与普通混凝土试件进行对比分析,从微观上讨论纳米SiO2对混凝土损伤过程的影响.在此基础上,应用RFPA软件对纳米混凝土的Kaiser效应进行数值模拟,再现其损伤破坏的整个物理过程.为进一步研究纳米混凝土的损伤破坏过程提供参考.五号宋体,单倍行距1 纳米混凝土声发射试验1.1 原材料及试件制备黑体五号,段前,段后0.5行采用的水泥为海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥,SiO2为德国瓦克公司生产的气相法二氧化硅,其S
11、iO2(NS)含量为99.9%,平均粒径为40 nm,比表面积为400 m2/g,采用浓度为20%的聚羧酸盐减水剂.纳米SiO2的掺量为3%.试验选用边长为 150 mm150 mm150 mm的混凝土标准立方体试块,静置1 d后脱模,置于标准养护室内养护28 d.试件配合比见表1.表1 试件配合比与抗压强度小五号黑体Tab.1 specimen mix ratio and compressive strength小五号Times News Roman加粗试件W/CSiO2掺量/%W/( kgm-3)C/( kgm-3)SiO2/( kgm-3)S/( kgm-3)G/( kgm-3)龄期/d
12、抗压强度/MPa普通混凝土0.360.0180367.00.05711 3322847.8纳米混凝土0.363.0180355.911.15711 3322850.8六号宋体,上下横线各1磅,中间横线1/2磅。1.2 试验装置与加载方式试验过程中采用声发射监测系统和加载控制系统两套装置,声发射监测系统为美国声学物理公司(PAC)生产的PCI-2声发射仪.试验加载控制采用的是深圳新三思SHT4 306型微机控制电液伺服万能试验机.试验时布置两个直径为15 mm,中心频率为150 kHz的谐振式传感器于试件两端,利用耦合剂(真空酯)通过橡胶带将其固定于试件表面.在试验开始之前通过断铅试验来检测声发
13、射传感器的耦合程度,检查声发射装置是否正常运行.声发射采样频率为2 MHz,门槛值设为40 dB,前置放大器的增益设为40 dB.试验采用循环加卸载的方式进行加载,采用位移控制,以恒定的速率1.2 mm/min加载和卸载.加载步骤如表2(为峰值应力).表2 试验加载步骤Tab.2 test load steps加载步骤第一次加载第二次加载第三次加载第四次加载载荷值/KN25%50%75%87.5%2 试验结果分析2.1 混凝土材料的声发射模式混凝土材料在受力变形过程中的声发射信号可以分成2种类型10:一是摩擦型声发射,由原有裂隙的闭合与颗粒间的位错、滑动摩擦引起;二是破裂型声发射,由新裂纹扩张
14、和发展引起.混凝土材料中砂浆和骨料的原始裂纹以及砂浆和骨料界面之间的位错、滑移和摩擦都是形成摩擦型声发射的主要原因.在循环载荷作用下,颗粒间的位错和滑动摩擦在一定程度上可以恢复.因此,摩擦型声发射具有一定的可逆性.破裂型声发射则是由材料在载荷作用下新生裂纹的扩张和破裂所引起.混凝土在载荷作用下会发生微破裂,出现微裂纹.随着载荷的增加,这种微破裂发生的频度也会增加,并且这一破裂过程是不可逆的,换言之破裂型声发射具有不可逆性.因此,混凝土材料的声发射反映了其内部结构微观变化的过程.2.2 纳米混凝土声发射Kaiser效应分析按照前述试验方法分别对纳米混凝土和普通混凝土试件进行循环加卸载试验.采用声
15、发射能量、幅值对试验结果进行分析.整理试验数据,得到典型纳米混凝土试件的应力-时间-声发射能量率曲线和应力-时间-声发射能量累积曲线,如图1.横、纵坐标及刻度线是0.5磅,图中线条为0.75磅。500100150200250300350时间/s应力/MPa10203040505001 0001 5002 0002 500声发射能量率声发射能量累积值10424681012100时间/s050150200250300350(a)应力-时间-声发射能量率曲线 (b)声发射能量累积曲线六号宋体图1 纳米混凝土试件声发射试验结果Fig.1 result of AE test of nano-concre
16、te specimen小五号宋体从图1(a)可以看出,纳米混凝土试件存在明显的Kaiser效应.在第1次加卸载过程中,有少量声发射信号出现,而在卸载过程中,几乎没有声发射信号的产生.这个阶段的信号主要是来自于加载阶段混凝土材料内部原始微缺陷、裂纹的闭合以及材料内部颗粒之间错动、滑移和摩擦,即由摩擦型声发射引起.在第2次加载初期,有少量能量较小的声发射信号出现.当载荷超过先前应力的最大水平后,声发射能量急剧增加,释放出大量高能量的声发射信号.前面已经分析过,摩擦型声发射具有一定的可逆性,在第1次卸载和重新加载过程中,部分滑移和摩擦得以恢复.因而第2次加载初期这些可逆摩擦的滑动就引起了少量声发射信
17、号的出现.随着载荷的进一步增加,达到甚至超过先前载荷的应力水平时,微缺陷将会被重新激活,出现新生微裂纹,促使新裂纹不断扩展而释放能量,从而使声发射信号急剧增加.因此,与混凝土Kaiser效应相对应的是裂纹的稳定扩展,即破裂型声发射.但在此阶段由于受到摩擦型声发射的影响, Kaiser效应记忆的稳定程度和准确度不好.在第3次加载过程中,试件承受的最大应力值38.6 MPa,超过了峰值应力的70%,试件进入到非稳定裂纹发展阶段.从图1(a)中可以看出,在未达到第2次载荷的应力水平之前,几乎没有声发射信号的出现.由于混凝土材料存在滞后效应,在第1次、第2次加载后原有缺陷与裂隙趋于闭合,颗粒之间的摩擦
18、滑动已经调整完毕,所以摩擦型声发射的数量在第3次加载时急剧减少.当超过第2次载荷的最大应力水平之后,微裂纹的破裂不断被激活,裂纹不断扩展、贯通,逐渐形成宏观裂纹,与之相对应的是再次出现了大量高高能量的声发射信号.在这个阶段,摩擦型声发射受到抑制,破裂型声发射占据了主导地位,因此Kaiser效应记忆的稳定程度和准确性明显提高.第4次加载过程中也有类似现象.图1(b)为整个试验过程中的声发射能量累积曲线.可以看出,声发射能量累积曲线呈现阶梯型,这进一步证明了Kaiser效应的本质,当试件所承受的载荷应力水平小于先前载荷的最大应力水平时,几乎没有声发射信号的产生,一旦超过之后,声发射信号会急剧增加.
- 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:
- 辽宁 工程技术 大学 学报 模板
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【快乐****生活】。
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【快乐****生活】,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。