碾壓混凝土斷裂性能的尺寸效應(yīng)研究

趙 琳

（遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,遼寧 錦州 121001）

碾壓混凝土作為一種不同于混凝土的筑壩技術(shù),是由多種不同的材料組成的復(fù)雜非均勻的干硬性混合材料,其斷裂過程與脆性材料相比十分復(fù)雜[1]。在目前的碾壓混凝土斷裂性能研究中,有關(guān)于碾壓混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)的研究[2],但大尺寸試件斷裂韌度的研究較少。本文研究高度對于碾壓混凝土斷裂韌度的影響,試件高度最大達(dá)到800mm,基于雙K斷裂理論對不同高度碾壓混凝土試件的雙K斷裂參數(shù)進(jìn)行研究,得到碾壓混凝土的斷裂韌度隨尺寸變化的規(guī)律。

1 試驗(yàn)情況介紹

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了五組縫高比為0.4的碾壓混凝土楔入劈拉試件,試件的高度分別為200mm、300mm、400mm、600mm、800mm。分別編號為RCC200,RCC300,RCC400,RCC600,RCC800。每組試件為六個(gè),試件的具體參數(shù)詳見表1。

表1 試件參數(shù)

制作試件的過程中,采用平面振搗器多次分層進(jìn)行振搗,養(yǎng)護(hù)條件為恒溫養(yǎng)護(hù),試件形式見圖1。

圖1 試模簡圖

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置見圖2,試驗(yàn)在50噸的MTS壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的,所用的荷載傳感器量程為0~50KN,裂縫的CTOD和CMOD通過夾式引伸儀測定。試件的兩側(cè)分別用兩種方式應(yīng)變片,一種是在預(yù)制縫的延長線上間隔布

圖2 試驗(yàn)裝置

注：由于楔入劈拉試件形式要求,每組試件的實(shí)際高度L為設(shè)計(jì)試件高度的1.2倍。置10cm長的應(yīng)變片,另一種是在試件的另一側(cè)在裂縫延長線兩側(cè)呈八字形布置2cm長的電阻應(yīng)變片。所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過C7702數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集。

2 雙K斷裂參數(shù)的計(jì)算

雙K斷裂參數(shù)基于雙K斷裂理論[3],該理論所用實(shí)驗(yàn)方法非常成熟,易于操作,斷裂參數(shù)計(jì)算清晰明確,而且還可以分析混凝土斷裂擴(kuò)展的整個(gè)過程,已經(jīng)被水工斷裂試驗(yàn)規(guī)程采用[4],在實(shí)際工程中被廣泛應(yīng)用[5]。

2.1 起裂斷裂韌度

楔入劈拉試件的起裂斷裂韌度按下式計(jì)算

式中：KiniIC為起裂斷裂韌度；FHini為起裂水平荷載；Fini為起裂荷載。

試驗(yàn)加載初期,楔入劈拉試件開始受力,時(shí)間處于彈性階段,隨著荷載的繼續(xù)增加,裂縫尖端混凝土達(dá)到極限拉應(yīng)變,碾壓混凝土內(nèi)部逐漸產(chǎn)生細(xì)微裂縫[4]。此時(shí),試件的P-CMOD曲線開始出現(xiàn)拐點(diǎn),曲線從線性段進(jìn)入到非線性段；隨著荷載的繼續(xù)加大,裂紋開始向前擴(kuò)展,曲線的非線性段逐漸明顯；隨著荷載的持續(xù)增加,非線性段更加明顯,裂紋也更加明顯；當(dāng)荷載達(dá)到峰值荷載,非線性段達(dá)到向上的頂峰,裂紋繼續(xù)向前擴(kuò)展；過了這個(gè)點(diǎn)之后,裂紋進(jìn)入失穩(wěn)擴(kuò)展階段,荷載降低,裂紋依然擴(kuò)展曲線進(jìn)入下降段,直至最終試件破壞。圖3為各種尺寸試件的曲線,可以看出,每個(gè)尺寸的試件均呈現(xiàn)出相同的趨勢,可以通過上升段的拐點(diǎn)找到其起裂荷載。

圖3 P-CMOD曲線

2.2 失穩(wěn)斷裂韌度的計(jì)算

楔入劈拉試件的失穩(wěn)斷裂韌度按下式計(jì)算

式中：KunIC為失穩(wěn)斷裂韌度；FHmax為最大水平荷載；ac為臨界有效裂縫長度；Fmax為最大荷載；mg為楔形加載架的重量；t為試件厚度；h為試件高度；h0為裝置夾式引伸儀刀口厚度；CMODc為裂縫口張開位移臨界值；E為彈性模量；a0為裂縫的初始長度；ci為試件的初始CMOD/P值,由試件P-CMOD曲線的上升段之直線段任意一點(diǎn)數(shù)值計(jì)算。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)前面公式可以得到5組試件的雙K斷裂參數(shù)均值,見表2。

由表2可知,當(dāng)試件高度小于300mm時(shí),起裂韌度和失穩(wěn)韌度隨著試件高度的增加略有增加,當(dāng)試件高度大于等于300mm時(shí),其雙K斷裂參數(shù)基本保持不變,尺寸效應(yīng)消失。

表2 楔入劈拉試件雙K斷裂參數(shù)均值

3 結(jié)論

本論文通過對不同高度的碾壓混凝土試件進(jìn)行楔入劈拉試驗(yàn),并對得到的雙K斷裂參數(shù)進(jìn)行分析,得出：當(dāng)試件高度小于300mm時(shí),碾壓混凝土起裂韌度和失穩(wěn)韌度隨試件高度增加略有增加。當(dāng)試件高度大于等于300mm時(shí),碾壓混凝土起裂韌度和失穩(wěn)韌度的值趨于穩(wěn)定,尺寸效應(yīng)消失。