中高应变率下珊瑚混凝土动力特性及微细观机理研究

It’s an important trend to use coral concrete to replace ordinary concrete in the development of reef engineering construction, which has a great economic significance and engineering application value to realize the goal of the reefs in the South China Sea from "island formation" to "island stabilization". The project focuses on the dynamic property of coral concrete and the micro-meso mechanism at middle-high strain rate. The coral concrete sample will be obtained by orthogonal design, and the strength development law and influencing factors will be obtained under the static characteristic test of coral concrete at different ages. Then through carrying out the dynamic property test of coral concrete under different strain rate and different stress state, the dynamic constitutive model as well as the strength criterion of coral concrete will be established after analyzing the strain rate effect of strength and deformation. The formation mechanism of microstructure such as phase composition, distribution and morphology of the hydration products at the interface of coral concrete will be revealed by the material characterization and analysis. Combined with acoustic emission characteristic test under different forms of load, the mesoscale mechanism of crack damage evolution of coral concrete will be obtained. The micro-meso structural changes of coral concrete before and after static and dynamic tests will be compared, which aims to reveal the relationship between micro-meso structures and macroscopic mechanical property. This project belongs to the important basic research that needs to be carried out in the field of engineering safety protection. The research results can provide theoretical basis and technical support for the reef engineering construction and protection.

利用珊瑚混凝土替代普通混凝土是岛礁工程建设日益发展的重要趋势，对于我国南海岛礁由“成岛”转向“固岛”的目标实现具有重大的经济意义和工程应用价值。项目着眼于中高应变率下珊瑚混凝土动力特性及微细观机理研究，通过正交设计制备试样，进行不同龄期珊瑚混凝土静力特性试验，获得其强度发展规律及影响因素；继而开展不同应变率和不同应力状态下动力特性试验研究，分析强度和变形的应变率效应，建立珊瑚混凝土动态本构模型及强度准则；通过材料表征分析，阐明珊瑚混凝土界面水化产物相组成、分布及形貌等微观结构的形成机制；结合不同形式荷载下声发射特征试验，获得珊瑚混凝土裂纹损伤演化细观机理；对比静动力试验前后珊瑚混凝土的微细观结构变化，揭示其微细观结构与宏观力学特性的内在关联性。本项目是工程安全防护领域亟需开展的基础研究课题，研究成果为岛礁建设与工程防护提供理论依据和技术支撑。

利用珊瑚混凝土替代普通混凝土是岛域基础设施建设日益发展的重要趋势，对我国南海岛礁由“成岛”转向“固岛”的目标实现具有重大的经济意义和工程应用价值。本课题针对珊瑚混凝土的静动态强度与变形特性开展系统试验研究。首先制备了珊瑚混凝土，分别利用MTS、SHPB试验系统进行不同应力状态和不同应变率下静动态力学特性试验，探讨其宏观力学特性及影响因素；提出广义三维Hoek-Brown动态强度准则描述珊瑚混凝土破坏行为，并进行适用性对比分析。在此基础上进行了高强珊瑚混凝土的制备，并对比研究了其基本物理力学性能，主要研究内容及结果如下：.（1）制备了以珊瑚砾石、珊瑚砂为粗、细骨料的珊瑚混凝土，测定其密度为2023~2159 kg/m3，介于普通混凝土和轻骨料混凝土之间；纵波波速为2450~2882 m/s，远低于普通混凝土；弹性模量为21~30 GPa，泊松比为0.25。.（2）利用MTS试验系统开展了中低应变率下全珊瑚混凝土试样的单、三轴静力压缩及巴西劈裂试验，揭示了珊瑚混凝土的早强、快硬特性，探讨了试样尺寸、围压及加载应变率对珊瑚混凝土峰值强度、弹性模量、脆性指数及破坏模式等影响规律。利用扫描电镜、声发射仪等技术分析了珊瑚混凝土的微观结构、细观裂纹损伤演化过程。.（3）利用SHPB试验系统进行了中高应变率下单、三轴动态压缩及动态巴西劈裂试验，获得了动态强度增长因子(DIF)为1.7~2.6。不同于普通混凝土的沿交界面破坏，珊瑚混凝土的裂缝均贯穿珊瑚骨料发展。动态冲击下珊瑚混凝土的能量耗散和破碎分形维数均与加载应变率正相关。.（4）建立了考虑应变率效应的广义三维Hoek-Brown动态强度准则，分析其参数敏感性，基于获取的试验数据验证了强度准则的适用性，进而阐明复杂应力状态下珊瑚混凝土强度应变率效应的物理机制。.（5）利用混凝土密闭搅拌机制备C80级高强珊瑚砂混凝土，其表观密度、超声波波速略大于普通珊瑚混凝土。其早强特征显著，龄期为3 d和7 d的相对强度分别可达0.7和0.8；劈裂拉伸强度约为抗压强度的7%~13%；相较于C45普通珊瑚混凝土，脆性特征更显著。