重庆交通大学 河海学院 重庆 400074
摘要：混凝土的断裂问题将导致大坝及大型混凝土的耐久性和安全稳定性问题，影响混凝土建筑的正常使用寿命。近年来，国内外对于混凝土断裂方面进行了大量的研究工作，找到提高混凝土断裂性能的方法，减少坝体的开裂，提高大坝的使用寿命。为了准确测量混凝土断裂性能的参数，根据参数的尺寸效应，使用三点弯曲梁法进行实验。研究混凝土水胶比、骨料尺寸以及试件尺寸对断裂性能产生的影响。
关键词：大坝混凝土；断裂性能；三点弯曲梁试验
1引言
随着我国经济的不断发展，中国水利工程基础设施建设也不断增加，以满足经济发展的需求。在我国具有丰富水资源的西部地区，大量的重大水利工程已经建立或者正在建设。大坝的工作效率和运行情况主要受耐久性和稳定性因素的影响，这些因素有直接对大坝的安全和使用寿命有着极大的相关性。国内外已出现过大坝等大体积混凝土结构的安全事故，造成严重后果。徐世烺等人[1]根据湖南柘溪大头坝发生的严重的混凝断裂，运用这一事故，相继引发了我国学术界对于断裂性能的研究。用来评估大坝的安全性和修复等提供了有效的科学依据。我国20世纪70年代后期是混凝土断裂力学的历史起点，逐渐取得了有效的研究成果。混凝土断裂力学在工程上的应用有很大的帮助,可以明确的认识混凝土断裂过程的发生机制,解决了一些传统方法不能解决的低应力脆断方面的问题。在工程研究中主要体现在，分析大坝混凝土产生的裂缝对结构稳定性以及安全性的危害,提高混凝土坝稳定性分析方法和浇筑的设计方法，提高混凝土的力学性能，为提高混凝土的各种性能和发展提供了良好的参考。因此，针对对混凝土断裂力学的研究是我国很多学者一生的追求，以进一步研究仍存在的力学问题。
2混凝土断裂性能的研究现状
混凝土是多相组成的一种特殊材料，砂浆、粗骨料和两者之间的界面区组成，对于混凝土的力学性能，主要取决于它的多相性质和相互作用，可以说混凝土各相之间的相互作用，相辅相成。根据不同的角度个多种研究方法，国内外学者运用多因素化研究混凝土断裂性能，分析组成混凝土各个因素各个成分对混凝土断裂力学的影响关系。主要体现在这几个方面：首先，混凝土的断裂性性能与它所需材料的性能相关，也受基体的影响，例如水泥的基本强度，骨料粒径以及级配都会对混凝土的断裂性能造成影响；其次，基体与骨料之间的粘结性能会影响混凝土断裂性能，界面过渡区对混凝土断裂参数有影响；第三，从骨料级配、体积比以和颗粒形状等角度都和混凝土断裂性能息息相关。
我国学者对混凝土断裂进行了大量试验研究，很多学者用三点弯曲梁法，分析影响混凝土断裂参数的因素，我国学者张廷毅等[2]基于三点弯曲梁法对混凝土试件进行了断裂试验，分析对混凝土断裂性能的影响因素，要确定混凝土所用的水灰比、骨料粒径。经过试验得知，混凝土断裂韧度KIC与水灰比成反比，骨料粒径成正比；由于骨料也是影响混凝土各种断裂性能的主要因素，所以有些学者对此进行了研究，王林[3]研究了骨料对混凝土断裂性能的影响，骨料是混凝土组成的重要结构，经过试验结果分析，对于粒径在5-25mm范围内的骨料，对混凝土的强度几乎没有影响，强度值基本保持稳定，对于抗拉强度、抗弯强度、断裂能以及混凝土的特征长度与骨料粒径有关，随意骨料粒径的大小直接对混凝土断裂性能造成了影响，在面对骨料体积含量大体相同法人情况分析，骨料粒径与抗拉抗弯强度成反比，与断裂性能以及混凝土特征长度成正比，骨料粒径越小，强度越大，断裂性能特征长度越小，反之，粒径越大，强度越小，断裂性能和特征长度越大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在工程建筑物中我们根据建筑物本身工作性质，选择合适的骨料粒径，以确保建筑物的安全性和使用寿命；对于掺加其它材料对混凝土的断裂性性能的影响程度研究，搅拌工艺的不同对断裂性能的影响研究，为此王宝媛[4]研究了掺加粉煤灰和搅拌工艺对混凝土断裂韧度的影响，当添加量为30%时，粉煤灰提高混凝土的断裂韧度最佳，搅拌速度影响混凝土的起裂、失稳韧度，速度越小，起裂韧度越大，速度越大，失稳韧度越大，在适当的调整粉煤灰的掺量可以改善断裂性能；吴智敏[5]等研究了最大骨料粒径尺寸对双K断裂参数的影响，得知，随骨料粒径的增大，混凝土的起裂韧度和失稳韧度先增大后减小，最终，将会趋于稳定的变化趋势。
3混凝土断裂参数的确定
混凝土法人断裂性能各项参数对于建筑物的使用用着极大的参考意义，所以要准确的确定混凝土的各项参数。常用的测试方式有：直接拉伸、紧凑拉伸、三点弯曲梁发以及楔入劈拉法等。直接拉伸法和紧凑拉伸法最早是用来测量金属材料的，近年来也应用在混凝土断裂参数的确定方法研究中，这个实验方法有不足之处，比如试件安装不方便、对中比较困难等因素，目前很少采用这个研究方法研究混凝土的断裂性能参数，正是由于它存在缺点尚未成为测定混凝土断裂参数的标准测定方法。
三点弯曲梁法试验手段比较成熟，计算混凝土的断裂参数有明确的计算公式，便于计算参数，相比于其他的方式要简单，因此得到了广泛的应用。在试验中，要注意一些要点，为了保证测量断裂过程的全曲线，在试验过程中要保持稳定，对于试验机要有一定的刚度要求。同时，为了减小误差，必须避免机器上支座与压头部位变形产生的影响，试验时直接测量三点弯曲梁的挠度。楔入劈拉法试验过程中，试件易于安装，加载方便，并且对试验机的刚度要求也不高，运用适当的解决措施，可以避免试件自重对试验结果造成的影响，所以被广泛使用。在我国三点弯曲梁法与楔入劈拉法设为标准的测试方法。对比试件体积是否对断裂性能的影响，运用三点弯曲梁法来测量混凝土断裂性能与其试件尺寸的影响，存在着尺寸效应。在大多数混凝土参数测量试验中，可以选用三点弯曲梁法试验，主要是其有计算参数的具体公式，试验安装不复杂，易于试验操作。
4结论
我国研究混凝土断裂力学已有30年的发展史了，经过不断地研究，在混凝土断裂力学这一研究领域取得了很多有价值的成果，通过对混凝土断裂力学[6]可以很好的了解混凝土断裂力学这一学科，目前对于混凝土断裂力学的研究技术日益成熟，也对于大型混凝土建筑物有很好的安全预测帮助，也可以用在新型高性能材料的研究当中，混凝土断裂力学的前景与优势逐步显现。混凝土断裂力学作为一门学科仍存在一些问题需要进一步的研究解决，例如，水介质对水工混凝土结构的长期影响，海洋环境因素对混凝土性能的影响，地震作用下混凝土断裂韧度的影响等。
参考文献:
[1]徐世烺，董丽欣，王冰伟，李庆华.我国混凝土断裂力学发展三十年[J].水利学报，2014,45(1):0001-09.
[2]张廷毅，高丹盈，郑光合等.三点弯曲下混凝土断裂韧度及影响因素[J].水力学报，2013,44(5):601-607.
[3]王林.骨料及水泥石强度对混凝土断裂性能的影响[D].清华大学硕士论文，2004.
[4]王宝媛.混凝土断裂性能及其影响因素的试验研究[D].大连理工大学硕士学位论文，2010.
[5]吴智敏，徐世烺，刘红艳等.骨料最大粒径对混凝土双K断裂参数的影响[J].大连理工大学学报，2000,40(3):358-361.
[6]徐世烺.混凝土断裂力学[M].北京:科学出版社，2011.
论文作者:李方园
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/8
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