岩石、混凝土受颗粒冲击后接触损伤形貌的特征-燕山大学学报.PDFVIP

卷 期 燕山大学学报 年 月 文章编号：1007-791X (2009) 06-0510-07 岩石、混凝土受颗粒冲击后接触损伤形貌的特征 马振珠，岳汉威，包亦望，张利俊 （中国建筑材料科学研究总院 中国建筑材料检验认证中心，北京 ） 摘 要：用自制的冲击球压装置研究了花岗岩、大理石、混凝土及砂浆在颗粒冲击下的压痕冲击应力关系和接 触损伤的规律，结果表明：花岗岩、大理石的压痕冲击应力关系以线性为主，随着应力的提高材料发生突然断 裂；混凝土和砂浆线性关系相对不明显，这在宏观形貌上表现为损伤区的形貌特点不同。对四种材料损伤形貌 的微观分析表明：花岗岩、大理石受颗粒冲击后产生的损伤主要为拉应力导致的解理面、晶面的破坏以及裂纹 沿相界面和孔隙的扩展，对其力学性能有较大的危害；混凝土和砂浆的损伤由过渡区开裂、骨料破裂和 的 性滑移共同构成，对耐久性造成的隐患远大于对力学性能的影响。 关键词：冲击球压；压痕冲击应力关系；颗粒冲击；接触损伤；损伤形貌 中图分类号：TU502.6 文献标识码：A 引言 理作用的影响，连续多次的冲击会使材料性能明显 劣化。因此，由固体颗粒冲击造成的损伤会破坏材 岩石、混凝土在服役过程中，经常会受到颗粒 料的结构、降低材料的性能。文献 通过计算 冲击、碾压、碰撞等作用。对于岩石这样脆性程度 由颗粒冲击导致构件失效期限大 度提前的例子 很高的材料，受上述作用时会对其力学性能产生重 阐明了接触损伤的重要性。 要的影响。混凝土主要由破碎过的岩石骨料和水泥 岩石、混凝土的冲击损伤断裂机制已有许多研 浆胶结而成，其中，粒径较小的细骨料和水泥浆构 究报道 ，但大多数成果集中于对试件进行破坏 成的砂浆为混凝土基体相，粒径较大的粗骨料主要 性的研究，如爆炸、侵彻、大能量撞击等 ，小 起到颗粒增强作用提高混凝土的宏观力学性能；由 能量的颗粒冲击所导致接触损伤的报导并不多见。 于多相复合的特性，混凝土受上述作用时其力学性 关于岩石受力破坏微观形貌特征的研究，文献 能短期内变化不大，但是产生的损伤却成为腐蚀介 进行了详细的描述，但是目前为止对混凝 质侵入内部的通道。因此，研究岩石、砂浆及混凝 土受冲击荷载作用后接触损伤区的微观研究尚未 土在冲击作用下各自的接触损伤特点不仅对混凝 报道。本文利用球头冲击装置和超景深显微镜为主 土工程具有重要意义，对以岩石为主的工程也具有 要手段，以赫兹接触理论为主要背景，对花岗岩、 一定的价值。 大理石、砂浆及混凝土的接触损伤进行了研究，着 损伤作为一种软化过程，会引起材料局部化的 重分析了 种材料受球头冲击后的损伤形貌特点。 应变，这是由细观裂纹萌生引起失效的开始和必经 之路 。材料在颗粒等介质的冲击作用下常常会发 相关理论 生局部的损伤和开裂，在一定的冲击速度下，由一 接触损伤理论由赫兹于