帆船之都理念下的新作青岛万丽海景.

size，but
that
of
cement-based
specimens present some discreteness．
Keywords： UHPCC； double-K fracture criterion；initial fracture toughness； unstable fracture toughness；three-point
30
40
50
30
30
80 × 100 × 700 60
30
40
50
20
30
100 × 200 × 900 80
30
40
50
40
40
1. 2 加载装置及试验现象 3 点弯曲加载装置采用 FCS － 9331 液压伺服万
能试验 机，采 用 位 移 加 载 控 制，加 载 初 始 速 度 为
a—水泥基体应变片；b—水泥基纤维复合材料应变片 图 1 超高性能水泥基复合材料及其基体应变片的布置示意 Fig． 1 Sketch of arranging strain gauges on the matrix of UHPCC
通过以上分析，可知水泥基纤维复合材料和水
泥基体具有相同的破坏形式，都会经历裂缝起裂、裂
缝稳定扩展、失稳破坏 3 个阶段。断裂控制参数是
通过双 K 断裂 理 论 计 算 的，该 理 论 是 由 徐 世 烺 和
Ｒeinhardt 在试验研究的基础上提出的用于裂缝发 展全过程稳定分析的断裂判据［6 － 10］。此理论可综
本研究基于断裂准则，对 UHPCC 裂缝发展进 行稳定性分析，通过断裂试验观察它们的断裂行为 并测定其断裂控制参数，研究 UHPCC 的Ⅰ型断裂 特性。采用目前广泛使用的 3 点弯曲梁试件，对不 同尺寸、不同强度及不同初始缝高比的情况开展断 裂试验研究，并使用双 K 断裂理论计算它们的断裂 控制参数，分析以上各参数对 UHPCC 双 K 断裂参 数的影响。
106 Industrial Construction Vol. 43，No. 9，2013
为成熟的理论模型，如虚拟裂缝模型、两参数模型、 尺寸效应模型、等效裂缝模型、裂缝带模型及双 K
* 国家自然科学基金项目（51108151） ；江苏省土木工程材料重点实 验室开放基金资助项目；国家重点基础研究发展计划（973 计划） 资 助项目（2009CB623203） ；河北省自然科学基金项目（ E2012202097） 。 第一作者：王海超，男，1960 年出生，博士，教授。 电子信箱：18063315755@ 189． cn 收稿日期：2012 － 11 － 08
strength，sizes and initial crack-depth ratios，their double-K fracture parameters are studied． The initial fracture
toughness
Kini IC
and
unstable
fracture
toughness
1） 试件未开裂时，曲线为斜直线，呈线弹性性 质，即裂缝起裂阶段。
2） 试件开裂后到失稳破坏前，进入曲线段，呈 非线性发展趋势，即裂缝稳定扩展阶段。
3） 试件失稳破坏后，曲线进入下降段，即破坏 阶段。
超高性能水泥基复合材料三点弯曲梁断裂韧度的试验测定及影响规律———王海超，等
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图 3 水泥基体的 P － CMOD 曲线 Fig． 3 The P － CMOD curves of cement-based specimens
关键词： 超高性能水泥基复合材料； 双 K 断裂准则； 失稳断裂韧度； 起裂断裂韧度； 3 点弯曲梁 DOI： 10. 7617 / j． issn． 1000 － 8993. 2013. 09. 021
EXPEＲIMENTAL DETEＲMINATION OF FＲACTUＲE TOUGHNESS OF THＲEE-POINT BENDING UHPCC BEAM AND INFLUENCE LAW
表 1 不同试件应变片尺寸间距 Table 1 The distance between strain gauges
for different specimens
尺寸 / mm 缝高 / mm A1 / mm A2 / mm A3 / mm B1 / mm B2 / mm
80 × 100 × 700 50
K
S IC
≤K≤KrIC
时，裂缝稳定扩展；3
）
当
K
＞
KrIC 时，裂缝
失稳扩展［11］。
2005 年，双 K 断 裂 模 型 被 引 入 我 国 DL / T 5332—2005《水工混凝土断裂试验规程》中［12］，并给
出了双 K 断裂韧度的计算方法。通过 P － CMOD 曲
线，可以计算双 K 断裂参数。本文根据双 K 断裂理
0. 04 mm / min，当 出 现 微 裂 缝 时 速 度 减 为 0. 02 mm / min。采用东华 DH5922 动态采集系统，在 梁的跨中、两端分别布置位移计用来测量挠度，切口 缝的端部和底部各自放置一个夹式引伸仪分别测量 裂缝尖端的张开位移和梁底裂缝嘴张开位移。试验 采用了全桥法来测量起裂荷载，采用半桥法测量其 缝端附近的真实应变，应变片的长度为 2 cm 的胶基 应变片。未掺 PVA 纤维的水泥基体试件的应变片 布置在预留缝的顶部及成对等间距的布置在缝端的 两侧，具体贴法如图 1a； 超高性能水泥基复合材料 试件在预留缝的延长线上布置了电阻应变片，具体 如图 1b。
2 双 K 断裂准则 试验测得的同一配合比、尺寸及初始缝高比的
水泥基纤维复合材料和水泥基体的 P － CMOD 曲线 如图 2、图 3 所示。从中可以看出二者的 P － CMOD 曲线形状具有一定的相似性，总体总结为一下几点：
图 2 水泥基纤维复合材料 P － CMOD 曲线 Fig. 2 The P － CMOD curves of UHPCC
bending beam
混凝土作为常用的建筑材料，其力学性能直接 影响到其能否在工程中应用。由于混凝土的脆性性 质，在其使用过程中常常发生断裂破坏。而混凝土 构件或试样的断裂破坏，按照其在荷载作用下扩展 形式的不同可分为张开型断裂 （ Ⅰ型） 、滑开型断裂 （ Ⅱ型） 和撕开型断裂（ Ⅲ型） 等 3 种［1］。其中混凝 土Ⅰ型断裂的整个破坏过程经历了裂缝起裂、稳定 扩展、失稳破坏这几个阶段［2］。在最近的 20 多年 中，对于Ⅰ型断裂问题研究得较多，提出了许多较
of
UHPCC
and
cement-
based specimens increase with the increasing of compressive strength．
The
Kini IC
and
Kun IC
of
UHPCC
significantly
increase
with
the
decrease
of
1 试验概况 1. 1 试验准备
试验采用 42. 5 普通硅酸盐水泥、一级粉煤灰， 细骨料采用石英砂 （ 优质人造硅砂） ，粒径 0. 21 ～ 0. 36 mm，减水剂采用聚羧酸高效减水剂，拌和水采 用自来水，纤维混掺进口和国产两种，进口 PVA 纤 维采用日本产尤尼吉可维纶纤维，表面经过涂油处 理，吸水性很小；国产纤维为国内某公司生产。设计 了 3 种强度、2 种试件尺寸及 3 种裂缝高度的纤维 复合材料和水泥基体试件进行试验研究，采用 3 点 弯曲梁进行加载试验。各组试件尺寸、材料基本力 学性能及 切 口 深 度 参 数 等 见 表 1，每 组 试 件 数 为 3 个。同时成型 100 mm × 100 mm × 100 mm 的立方 体试件 3 个用以测定其标准抗压强度。所有试件在 室温下养护 48 h 后拆模，在近似标准状态下（ 温度 20 ℃ ，湿度大于 90% ） 养护 28 d。
Wang Haichao1 Wang Zhijun1 Gao Shuling2 Sun Fangning3 Zhang Lingling1 Qin Jingping1 （1． College of Civil Engineering and Architecture，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China；
2． College of Civil Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China； 3． Qingdao Institute of Technology，Qingdao 266300，China）
Abstract： Through the tests of 14 sets of three-point bending UHPCC beam specimens with the different compressive
initial
crack-depth
ratio，but
the
K
ini IC
（
K
un IC
）
of
cement-based
specimens
increase
a
little．
The
Kini IC
and
Kun IC
of
UHPCC
significantly
increase
with
the
increase
of
specimen
Kun IC
are
calculated
from
the
initial
load