陈志城[1]2001年在《混凝土材料的接触损伤及球压法无损评价研究》文中提出接触损伤是导致脆性材料失效和强度衰减的一个重要因素。为了更深入探究岩石、混凝土这类常用的准脆性建筑材料的接触损伤机理，本文首次从试验和理论两方面研究了球接触荷载作用下岩石、水泥砂浆、混凝土材料的接触变形和损伤行为。采用粘结剖面技术巧妙地获得了球接触下亚表面损伤区的形貌，并设计限制位移和动态跟踪相结合的方法得到了岩石、混凝土的亚临界慢裂纹扩展过程。理论分析和试验证实：岩石、混凝土这类准脆性材料的球压接触损伤不同于玻璃、陶瓷等高度脆性材料中由拉应力驱动的锥形裂纹，而是在表面呈现出压痕小圆坑，在小坑下面是由剪-压应力产生的众多微裂纹群组成的疏松状半球形损伤区，其细观损伤机制表现为“相界面微裂纹的萌生与扩展”。 首次采用等效冲击方法模拟了岩石、水泥砂浆的颗粒冲击损伤试验。试验结果表明：岩石、混凝土材料的颗粒冲击断裂存在一临界阈值，冲击动能小于此值不产生损伤，大于此值时，材料的残余强度迅速衰减；同时，研究发现水泥砂浆具有优于岩石的抗冲击开裂性和高能量下的带裂纹工作性。 首次采用球压法尝试了脆性和准脆性材料的表面弹性模量、剪切模量，布氏硬度和混凝土抗压强度的无损测试研究。研究表明：材料表面越均匀、光洁，用该法测试的弹性模量越接近于材料的真实弹性模量。对于岩石、混凝土材料应用该法和叁点弯曲法测试的弹性模量相对误差不超过10％；根据混凝土弹性模量与抗压强度成比例的关系可以进一步估算出混凝土结构的抗压强度。在不许破坏材料及其构件或常规方法测试不便时，该法就显示出独特的优点。 最后在球压法无损测试出材料表面力学性能的基础上，针对岩石、混凝土材料经常受风蚀、酸蚀损伤的现状，通过比较不同环境介质和不同时间的试样的压痕应力-应变关系、弹性模量、布氏硬度的变化规律便捷地评价了环境介质对岩石、混凝土材料表面腐蚀损伤的程度，并给出了用压痕弹性模量、布氏硬度表达的损伤度公式。 理论分析和试验结果都表明：球压法评价岩石、混凝土材料的接触损伤和表面受环境介质腐蚀损伤是方便可行的。该研究可以为实际工程应用提供有价值的参考。
岳汉威[2]2010年在《岩石、混凝土材料的接触损伤及冲击球压法评价研究》文中进行了进一步梳理岩石、混凝土是最为重要的建筑材料,在服役过程中,往往会遭受环境介质的作用而发生劣化。对于所有劣化过程来说,材料的表面是产生劣化的首要位置,因此,研究岩石、混凝土材料表面的接触损伤及规律是有重要意义的。为了探索可敏锐评价岩石、混凝土材料受环境腐蚀后表面性能变化的检测方法,采用自制的冲击球压装置,利用冲击球压法研究了花岗岩、大理石、硬化阶段混凝土、高强混凝土等材料在腐蚀介质中的接触损伤机制、腐蚀介质对损伤的扩展过程、冲击荷载—压痕尺寸、冲击荷载—冲击时间、冲击压痕应力—压痕应变等关系,推导了近似的、用于评价岩石、混凝土类材料表面力学性能变化的动态硬度和恢复系数的表达式。研究结果表明:(1)不同材料和处于环境影响中的同种材料的冲击荷载—冲击时间曲线整体上没有变化,但是冲击结束时球头内的冲量状态和产生二次冲击的时间却与材料表面的完好、坚硬程度同步增加或降低;由这一特性可知,可利用冲击球压法评价材料表面性能的变化;(2)本试验范围内,岩石、混凝土在冲击荷载作用下,压痕尺寸首先随着荷载的增加而同步增加,当荷载到达某一临界值后,荷载缓慢增加,而压痕尺寸继续迅速增加,且压痕随荷载的变化近似于线性特征。随着腐蚀作用的延续,花岗岩、高强混凝土材料的这一特征在临界荷载之后基本不会发生较大的变化,但是临界荷载之前的曲线斜率随着腐蚀而下降;硬化中的混凝土随着硬化的进行这种特征逐渐体现出来,而大理石随着腐蚀的进行,曲线轮廓特征虽然没有变化,但是曲线的整体范围逐渐减小;(3)对动态硬度和恢复系数的估算表明,相同荷载水平下,未被腐蚀的岩石、混凝土材料动态硬度和恢复系数最高;随着腐蚀的进行,花岗岩的动态硬度、恢复系数逐渐降低,而大理石迅速降低;随着硬化的进行,混凝土表面的动态硬度、恢复系数逐渐升高,以水中和标准养护室内的试件最高,室外和硫酸盐环境中的试件最低,这一特征在抗压强度指标上无法判别;(4)对已有损伤的岩石、混凝土材料的损伤扩展试验结果表明,随着腐蚀的继续进行,花岗岩和高强混凝土的损伤区域持续增大,大理石的损伤区域急速增长;以上结果表明,利用冲击球压技术评价岩石、混凝土材料的接触损伤和表面遭受环境介质产生的腐蚀损伤是可行的,该研究可以为工程应用提供一定的参考。
参考文献：
[1]. 混凝土材料的接触损伤及球压法无损评价研究[D]. 陈志城. 中国建筑材料科学研究院. 2001
[2]. 岩石、混凝土材料的接触损伤及冲击球压法评价研究[D]. 岳汉威. 中国建筑材料科学研究总院. 2010
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