二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计系统和方法，属于混凝土领域。本发明专利技术限定了高延性水泥基修复材料与混凝土基体的弹性模量比为1.25～1.45；高延性水泥基修复材料浇筑至混凝土基体表面，满足单层高延性水泥基修复材料与混凝土基体的厚度比为0.1～0.15，试件整体的厚跨比为0.07～0.1。本发明专利技术的高延性水泥基修复材料在依赖两种外力驱动作用下呈现二分法裂纹开展，水泥基材料的裂纹开展出现在整段水泥基材料的中间位置处，呈现二分的形式开裂，改变了传统水泥基材料开裂的随机性，使得水泥基材料裂纹开展具有可控性。可控性。可控性。

【技术实现步骤摘要】
二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计系统与方法


[0001]本专利技术属于混凝土领域，具体涉及一种二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计系统与方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]水泥基材料受荷载能力强、耐久性好、性价比高，目前已经成为主要的结构工程材料，但是传统水泥基材料抗拉强度低，脆性大，脆性大对于土木工程结构的抗震性能是不利的，水泥基材料服役期间容易出现性能劣化、失效以致退出服役。裂纹的开展是结构抗震耗能的主要方式，裂纹的开展表现出为水泥基材料的延性。
[0004]水泥基复合材料性能的设计目标为提高基体开裂后的延性，控制裂缝扩展方向或改变破坏模式，使混凝土的抗拉能力和变形能力有所提高。水泥基材料开裂位置通常发生在水泥基材料中的缺陷处，开裂位置充满了随机性和不确定性，开裂的本质是水泥基材料截面处拉应力大于水泥基材料抗拉强度，从而出现开裂；对于均匀受力的水泥基材料，水泥基材料拉应力取决于截面受力面积，也就是取决于截面处的缺陷多少，而水泥基材料的缺陷是随机的，换句话说，水泥基材料的开裂也是随机的。
[0005]裂纹的随机开展使得水泥基材料延性基于缺陷随机分布的概率的角度进行设计，裂纹的随机性使得水泥基材料延性可设计性降低，如果水泥基材料裂纹的有序开展将使得水泥基材料延性和耗能可设计和可控。因此，提供一种裂纹有序开展的水泥基材料的设计方法，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计方法，本专利技术改变了传统水泥基材料开裂的随机性，使得水泥基材料裂纹开展具有可控性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]本专利技术的第一个方面，提供一种二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计方法，包括：
[0009]配置水泥基修复材料并检测水泥基修复材料的弹性模量与抗拉强度，检测待修复混凝土基体的弹性模量与厚度；
[0010]对混凝土基体表面进行均一化的粗糙度处理，处理后将水泥基修复材料浇筑至混凝土基体表面；
[0011]基于混凝土基体与水泥基修复材料界面相互作用系数、水泥基修复材料和混凝土基体的非等同变形量、水泥基修复材料弹性模量、水泥基修复材料层厚度、混凝土基体弹性
模量、混凝土基体层厚度、浇筑后整体跨长计算水泥基修复材料受到拉应力；
[0012]水泥基修复材料受到拉应力大于水泥基修复材料的抗拉强度，该水泥基修复材料为二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料；拉应力小于水泥基修复材料的抗拉强度，调整水泥基修复材料的弹性模量、水泥基修复材料与混凝土基体的厚度比、浇筑后整体厚跨比参数，使水泥基修复材料受到拉应力大于水泥基修复材料的抗拉强度。
[0013]裂纹的随机开展使得水泥基材料延性基于缺陷随机分布的概率的角度进行设计，裂纹的随机性使得水泥基材料延性可设计性降低。如果水泥基材料裂纹有序开展，将使得水泥基材料延性和耗能可设计和可控。裂纹的开展本质为截面处拉应力大于材料抗拉强度，传统方法是材料截面力等同、缺陷不同造成界面应力不同，由于缺陷随机性，使得裂纹开展不可设计不可控。如果等截面面积的水泥基材料中截面受到的应力不等同，这种应力不是由于截面实际受力面积带来的不等同，将使得水泥基材料裂纹开展可控和可设计。因此，本专利技术提出一种二分法裂纹开展的高延性水泥基材料设计方法。
[0014]本专利技术的高延性水泥基修复材料在依赖两种外力驱动作用下呈现二分法裂纹开展，修复材料本身的收缩，使得修复材料和混凝土基体产生非等同变形，混凝土基体固化时间长收缩基本稳定，修复材料发生收缩时，受到界面作用，修复材料产生拉应力，拉应力最大位置出现在浇筑截面中间处，随着收缩驱动力的增加，直至修复材料受到的拉应力大于修复材料的抗拉强度，在修复材料跨中位置出现开裂。
[0015]第一条裂纹出现后，修复层的水泥基材料被一分为而，随着修复材料的收缩增大，再一分为二。各自为整体的修复材料与基体界面相互作用，修复材料受到的拉力逐渐增大，相对应力最大位置出现在各自整体的修复材料的中间位置，直至修复材料受到的拉应力大于修复材料的抗拉强度，在各自整体的修复材料跨中位置出现开裂。依次进行，裂纹呈现自中间向两侧出现裂纹开展，出现位置在各自为整体的修复材料截面中间位置。
[0016]另外一种驱动力是基体受到拉应力，此时修复材料通过界面对基体施加外部荷载反方向上的力，修复材料受到拉应力，拉应力的最大位置出现在修复材料界面的跨中位置，直到外部荷载驱动力产生的修复材料拉应力大于抗拉强度，在修复材料跨中位置出现开裂。
[0017]第一条裂纹出现后，修复层的水泥基材料被一分为二，随着混凝土基体受到的拉应力逐渐增大，再一分为二。各自为整体的修复材料与基体界面相互作用，修复材料受到的拉力逐渐增大，相对应力最大位置出现在各自整体的修复材料的中间位置，直至修复材料受到的拉应力大于修复材料的抗拉强度，在各自整体的修复材料跨中位置出现开裂。依次进行，裂纹呈现自中间向两侧出现裂纹开展，出现位置在各自为整体的修复材料截面中间位置。
[0018]修复材料和混凝土基体变形不协调。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述浇筑为沿混凝土基体上下对称面进行浇铸。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述混凝土基体的固化时间超过两年，收缩趋于稳定，能够与高延性水泥基修复材料产生非等同变形。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，调整水泥基修复材料的弹性模量，使水泥基修复材料与混凝土基体的弹性模量比为1.25～1.45；调整单层水泥基修复材料与混凝土基体的厚度比为0.1～0.15，浇筑后整体的厚跨比为0.07～0.1。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，通过调节水泥基修复材料的组分调整水泥基修复材料的弹性模量。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，所述混凝土基体与水泥基修复材料界面相互作用系数的计算公式如式1所示；水泥基修复材料受到拉应力的计算公式如式2所示；
[0024][0025][0026]式中：f
t
‑‑‑
水泥基修复材料受到拉应力；
[0027]Δ
‑‑‑
水泥基修复材料和混凝土基体的非等同变形量；
[0028]E
X
‑‑‑
水泥基修复材料弹性模量；
[0029]H
X
‑‑‑
水泥基修复材料层厚度；
[0030]E
J
‑‑‑
混凝土基体弹性模量；
[0031]H
J
‑‑‑
混凝土基体层厚度；
[0032]L
‑‑‑
浇筑后整体跨长；
[0033]a
‑‑‑
混凝土基体与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计方法，其特征在于，包括：配置水泥基修复材料并检测水泥基修复材料的弹性模量与抗拉强度，检测待修复混凝土基体的弹性模量与厚度；对混凝土基体表面进行均一化的粗糙度处理，处理后将水泥基修复材料浇筑至混凝土基体表面；基于混凝土基体与水泥基修复材料界面相互作用系数、水泥基修复材料和混凝土基体的非等同变形量、水泥基修复材料弹性模量、水泥基修复材料层厚度、混凝土基体弹性模量、混凝土基体层厚度、浇筑后整体跨长计算水泥基修复材料受到拉应力；水泥基修复材料受到拉应力大于水泥基修复材料的抗拉强度，该水泥基修复材料为二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料；拉应力小于水泥基修复材料的抗拉强度，调整水泥基修复材料的弹性模量、水泥基修复材料与混凝土基体的厚度比、浇筑后整体厚跨比参数，使水泥基修复材料受到拉应力大于水泥基修复材料的抗拉强度。2.根据权利要求1所述的二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计方法，其特征在于，所述浇筑为沿混凝土基体上下对称面进行浇铸。3.根据权利要求1所述的二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计方法，其特征在于，所述混凝土基体的固化时间超过两年，收缩趋于稳定。4.根据权利要求1所述的二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计方法，其特征在于，调整水泥基修复材料的弹性模量，使水泥基修复材料与混凝土基体的弹性模量比为1.25～1.45；调整单层水泥基修复材料与混凝土基体的厚度比为0.1～0.15，浇筑后整体的厚跨比为0.07～0.1。5.根据权利要求4所述的二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计方法，其特征在于，通过调节水泥基修复材料的组分调整水泥基修复材料的弹性模量。6.根据权利要求1所述的二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计方法，其特征在于，所述混凝土基体与水泥基修复材料界面相互作用系数的计算公式如式1所示；式中：E
X
‑‑‑
水泥基修复材料弹性模量；H
X
‑‑‑
水泥基修复材料层厚度；E
J
‑‑‑
混凝土基体弹性模量；H
J
‑‑‑
混凝土基体层厚度；a
‑‑‑
混凝土基体与修复材料通过界面相互作用系数。7.根据权利要求1所述的二分法裂纹开展的高延性水泥基修复材料设计方法，其特征在于，所述水泥基修复材料受到拉应力的计算公式如式2所示；式中：f
t
‑‑‑
水泥基修复材料受到拉应力；
Δ
‑‑‑
水泥基修复材料和混凝土基体的非等同变形量；E
X
‑‑‑
水泥基修复材料弹性模量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯硕，张庆松，肖会刚，刘人太，裴妍，李相辉，刘衍凯，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：