再生混凝土受压破坏声发射特性及其损伤评估研究

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再生混凝土材料作为一种新型材料,对环境保护和资源循环利用贡献巨大,然而,其研究进展却由于手段和方法的单一较为缓慢。声发射技术作为一种新型技术,在普通混凝土性能研究的运用中已取得了较好成果,可以作为再生混凝土研究突破的重要手段。然而,再生混凝土材料与普通混凝土内在组成的差别导致其声发射特性不同,对再生混凝土声发射的基础研究却几乎没有,将声发射技术运用到再生混凝土中缺乏足够的理论支持。基于此,本文以再生混凝土材料声发射的关键参数为研究对象,借由声发射参数变化研究了材料在不同设计因素下的声发射基本特性变化,同时对循环加卸载下的声发射凯塞效应进行了研究,提出了再生混凝土结构受压破坏声发射损伤评估方法,主要研究内容和成果如下:设计加载速率、骨料粒径、水灰比不同的再生混凝土受压破坏试验,同步采集其力学性能与声发射信号。结合宏观表现与应力应变曲线,对再生混凝土受压破坏进行了阶段划分,并提出声发射阶段累积量占比分析方法,运用此方法对其基本特性与内在原因进行研究,结果表明:与普通混凝土相比,再生混凝土在加载初始的声发射信号偏多;加载速率增大,加载初始时声发射信号增多,加载前中期的声发射信号减少;骨料粒径增大,使其加载中期的声发射信号增多;水灰比增大后,加载前期声发射随之增多加载中期声发射信号随之减少。阶段累积量占比法能够同时获取声发射信号的影响方式和影响程度,具备其有效性。寻找循环加卸载下的声发射规律,发现再生混凝土材料声发射具备一定可逆性,进而基于试验数据,对声发射弗勒斯特比值展开研究,得到了再生混凝土凯塞效应有效应力范围为峰值应力的86%之前。在不同因素下,由于材料应力水平下限取决于本身因素,应力水平上限取决于破坏机制,故仅应力上限会产生规律性变化。同时分析了此有效应力范围与普通混凝土的不同:再生骨料内部损伤偏多、与新砂浆结合面强度更大,两者共同造成了相同应力水平下破坏进程的不同,由此影响了声发射的不可逆性。再生混凝土声发射特性及其凯塞效应的研究为损伤评估提供了基础,为建立损伤评估体系,采用声发射参数分析法并以事件、振铃、能量作为研究对象,基于声发射速率过程理论与Dai Labuz模型,提出了一种四阶多项式的再生混凝土材料声发射累积量-应力水平模型,通过试验数据拟合得到了声发射概率密度函数与损伤模型。模型表明,再生混凝土材料声发射概率密度在低水平较大,随应力增长而降低,在应力水平为0.7左右触底并快速反弹,直至峰值应力,损伤因子也展现出了与之对应的改变。由此结合材料损伤因子定义,系统总结了再生混凝土受压结构声发射检测流程,此方法可较好地评价结构损伤、衡量结构受力历史。
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