考虑界面 的混凝土弹性模量数值模 型 朱伟强 (浙江海盐县城市投 资集团有 限公 司 ， 浙江 海盐 314300) 【摘 要】 由于骨料与水泥浆体的界面对混凝土的力学性能有很大影响，故在混凝土的弹性模量计算中需 考虑此界面效应。文中考虑骨料与浆体间界面的几何复杂性，克服传统有限元因界面厚度太小而无法准确模拟 的缺点 ，采用扩展有限元方法以及细观力学对混凝土弹性模量的预测建立了数值模型。最后通过试验结果与模 型预测值进行比较 ，验证了数值模型的有效性。 【关键词】 界面；混凝土；弹性模量；细观力学，数值模型 【中图分类号】 TU528．0 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)06一OOO9—03 0 引言混凝 土的弹性模量计算 在混凝 土结 构 的设 计与 分析 当 中占有重要的地位，并已成为混凝土界的研究热点 0J。其 中一种方 法是 通过 大 量重 复试 验 ，总结 出经验 公式 。但 实 际上 ，经验公式 不能 区分混 凝土 各种 参 数对 弹性 模量 的影 响 ，如浆 砂 比，骨料 的组成 等 ，且 也不 能获 得影 响有效 性 能 的细观机制 J。近年来，有研究学者尝试通过解析以及数 值的方法来预测混凝土的弹性模量 J。最简单 的模型为 二相模 型 ，认 为混 凝 土 由骨 料与 砂浆 浆体 组成 。有研 究表 明由于没有考虑骨料与浆体的界面 ，其预测值与试验值出 现误差。实际上，混凝土 中骨料和砂浆之间存在着物理力 学性能截然不同的界面层 ，且其对混凝土的强度，渗透性的 大小 具有重要影 响。因此 ，后 来 的学者 将混凝 土假设为 骨料 ，界面 ，浆 体三 相模 型 -10]。在 三 相模 型 中，界面 假设 为包裹在骨料外围的壳结构 ，但 由于界面非常薄，在传统的 数值方法中无法精确模拟 。 1 建立数值模型 由于有限元法在结构力学分析 中的高效与便捷性，使 粒)的相对收缩率相比较，28d龄期内彼此相差不大 ，但是当 龄期达 56d时，还是可以看出 340比 T20收缩变形小，由此 可见，长龄期 340收缩效果更好；而 T60的相对收缩率相 比 TO、T20、340三个都要大，收缩变形严重。尤其到达 56d龄 期 时收缩严重 ，极易引起混凝 土 的收缩 开裂 ，这在 工程上 应 予以高度重视，以防后期耐久性下降等一系列不利后果产 生。"I"60混凝土 自由收缩值较 rID急剧增大 ，这是因为陶粒 掺 量过大 ，几 乎接近于轻集 料混凝 土 ，此 时虽然 陶粒带进 了 大量水分供 自养护使用 ，但 陶粒弹性模量小的缺点 凸现出 来 ，陶粒本 身的收缩量大 ，在宏 观上表 现 为混凝 土整体 收缩 量大。而且陶粒本身的多孔结构会促成混凝土内部较多连 通孔 的形成 ，加速水分蒸发 ，这 也会造成 混凝 土收缩量大 。 龄期，d 0 毛 一1 婺_2一 翼 一 4图4 陶粒不 同掺量混凝土 自由收缩 曲线 4 结语(1) 当陶粒取代率为 20％和 40％掺人混凝土中，对 减小混 凝土 相对 收缩 率 的作 用相 似 ，在 28d之前 陶粒 的蓄 水 、微泵作用并不明显 ，达到 56d时，减小收缩的作用逐渐突 显出来，4|D％取代率的作用尤为明显。 (2) 当陶粒取代率为60％掺入混凝土中，反而增大了 混凝土的相对收缩率，这是因为陶粒过多放大了陶粒本身 收缩较大的缺陷 ，从而增大 了混凝 土的整体 收缩量 ，另外 陶 粒过多也放大了本身连通孑L隙较多的缺陷，加速水分蒸发， 增大 了混凝土 的干燥收缩

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