混凝土材料的细观损伤研究

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混凝土结构在使用阶段会产生不同程度的损伤,采用科学的检测和评估手段对现役混凝土结构作出准确的健康诊断和损伤识别尤为重要。在不破坏材料的情况下,CT扫描和声发射技术对实时检测材料内部破坏状态具有独到的优势。  将CT和声发射技术相结合,对四组不同含气量的圆柱形混凝土试块进行单轴压缩实验。基于CT扫描图像,运用Amira软件进行人机交互完成图像分割,对混凝土裂纹结构进行三维重建。所建立的混凝土三维模型骨料分布基本符合原始CT图像,裂纹空间形态较清晰,实现了裂纹的可视化。基于Amira三维重建软件完成的三维裂纹模型,调整与检测有关的声发射参数,通过输入合适的参数和删除部分极大极小能量损伤点,成功判断出混凝土材料的破坏面。利用Amira软件统计得到不同含气量混凝土试块在不同应力阶段的孔隙体积。通过声发射采集仪获得声发射率曲线和声发射能量曲线,分析了不同含气量混凝土材料的Kaiser效应。采用DS2系列声发射信号分析仪完成试块压缩全过程的数据采集和损伤定位,基于改进的G-P算法求解时间序列的分形维数程序,获得试件在不同应力阶段的声发射率的关联维数以及线性拟合相关系数。计算结果表明:混凝土材料中孔隙体积的变化可以用来描述混凝土的细观破坏过程,混凝土材料Kaiser效应与材料损伤程度相关,含气量对混凝土材料Kaiser效应有效起点的影响有限;随着混凝土材料含气量的提高,试块破坏前兆相同,但关联维数曲线的波动性不同,且关联维数呈现逐步下降趋势。  对单轴压缩状态下的混凝土试块进行声发射和CT相结合的检测扫描试验,可以实时观测和定量分析混凝土材料内部损伤变化情况,为后续研究混凝土材料的内部损伤机理提供理论基础。
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