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高钛重矿渣混凝土破坏机理及数值模拟

王浩 李小伟 王军

王浩, 李小伟, 王军. 高钛重矿渣混凝土破坏机理及数值模拟[J]. 钢铁钒钛, 2022, 43(1): 105-112. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.01.016
引用本文: 王浩, 李小伟, 王军. 高钛重矿渣混凝土破坏机理及数值模拟[J]. 钢铁钒钛, 2022, 43(1): 105-112. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.01.016
Wang Hao, Li Xiaowei, Wang Jun. Failure mechanism and numerical simulation of High titanium heavy slag concrete[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2022, 43(1): 105-112. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.01.016
Citation: Wang Hao, Li Xiaowei, Wang Jun. Failure mechanism and numerical simulation of High titanium heavy slag concrete[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2022, 43(1): 105-112. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.01.016

高钛重矿渣混凝土破坏机理及数值模拟

doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.01.016
基金项目: 四川省高等学校重点实验室项目(SC_FQWLY201305工业固态废弃物土木工程综合开发利用),四川省教育厅项目(16ZB0475)
详细信息
    作者简介:

    王浩(1993—),男,四川南充人,硕士研究生,主要从事工业固态废弃物在建筑材料中的综合开发利用研究,E-mail:1172720394@qq.com

    通讯作者:

    李小伟(1975—),男,博士,教授,主要从事混凝土结构、木结构和工程抗震研究,E-mail:lilixxxwww@126.com

  • 中图分类号: X756,TU37

Failure mechanism and numerical simulation of High titanium heavy slag concrete

  • 摘要: 进行了高钛重矿渣混凝土和普通混凝土配合比试验设计,分别制作了4组混凝土立方体试块和棱柱体试块并进行强度测试,通过PFC离散元软件标定了高钛重矿渣混凝土与普通混凝土试件的细观力学参数,模拟了高钛重矿渣混凝土和普通混凝土棱柱体试件受压破坏,分析了高钛重矿渣混凝土棱柱体试件破坏现象和破坏机理。研究结果表明,高钛重矿渣骨料内部的孔洞会削弱骨料的强度;高钛重矿渣骨料的粗糙表面会提高界面过渡区的粘结强度;高钛重矿渣混凝土破坏形态与普通混凝土破坏形态不一致,高钛重矿渣混凝土破坏时形成的破坏面会穿越骨料与硬化砂浆,而普通混凝土破坏时形成的破坏面会沿着界面过渡区穿越硬化砂浆。
  • 图  1  高钛重矿渣混凝土棱柱体受压破坏

    Figure  1.  Compressive failure for prism specimen of HTHS concrete

    图  2  普通混凝土棱柱体受压破坏

    Figure  2.  Compressive failure for prism specimen of normal concrete

    图  3  混凝土切片

    Figure  3.  Slices of concrete

    图  4  混凝土的数值模型与切片对比

    Figure  4.  Comparison between numerical model and slice of concrete

    图  5  接触模型

    Figure  5.  Contact model

    图  6  混凝土立方体试件抗压应力应变曲线对比

    Figure  6.  Compressive stress-strain curves of concrete cubic specimen

    图  7  实际破坏与模拟破坏对比

    Figure  7.  Comparison between actual and simulated failure

    图  8  试件数值模型

    Figure  8.  Numerical model of specimens

    图  9  应力应变曲线

    Figure  9.  Curves of stress vs strain

    图  10  试件破坏模式

    Figure  10.  Failure mode of specimens

    图  11  试件z-1-1裂纹发展

    Figure  11.  Crack development of specimen z-1-1

    图  12  试件z-2-1裂纹发展

    Figure  12.  Crack development of specimen z-2-1

    图  13  试件z-1-1与s-1-1应力应变曲线

    Figure  13.  Stress-strain curves of specimens z-1-1 and s-1-1

    图  14  试件s-1-1破坏

    Figure  14.  Failure of specimen s-1-1

    图  15  试件s-1-1裂纹发展

    Figure  15.  Crack development of specimen s-1-1

    表  1  试验基准配合比

    Table  1.   Experimental benchmark of mix proportion

    标号水胶比水泥/kg水/kg渣石/kg渣砂/kg碎石/kg
    C35 z0.56480267.8955.1913.7
    C35 s0.52480251.3913.7947
    注:C35 z的粗骨料为高钛重矿渣,C35 s的粗骨料为石灰石。
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    表  2  强度对比

    Table  2.   Strength comparison

    试件编号立方体抗压强度/MPa棱柱体抗压强度/MPa
    z-141.5635.95
    z-239.5734.46
    s-136.8929.54
    s-236.2129.27
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    表  3  高钛重矿渣混凝土细观参数

    Table  3.   Meso-structure parameters of HTHS concrete

    颗粒弹性刚度
    模量/GPa
    抗拉强度/
    MPa
    粘聚力/
    MPa
    刚度比
    水泥浆149191.0
    高钛重矿渣骨料12615.51.0
    界面过渡区106131.0
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    表  4  普通石灰石混凝土细观参数

    Table  4.   Meso-structure parameters of normal limestone concrete

    颗粒弹性刚度
    模量/GPa
    抗拉强度/
    MPa
    粘聚力/
    MPa
    刚度比
    水泥浆149191.0
    普通石灰石骨料1213.5351.0
    界面过渡区104101.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-31
  • 网络出版日期:  2022-04-24
  • 刊出日期:  2022-02-28

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