再生混凝土的單軸壓縮動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

白衛(wèi)峰， 李思蕾， 管俊峰，*， 鄭永杰， 苑晨陽

（1.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710065；3.中國(guó)建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450004）

混凝土是典型的率敏感性材料，其力學(xué)性能受加載速率的影響比較顯著［1?3］.率相關(guān)行為與混凝土基體內(nèi)部微裂紋的形成過程有著密切的聯(lián)系［4?5］.對(duì)于再生骨料混凝土（RAC，簡(jiǎn)稱再生混凝土），由于再生骨料表面同時(shí)存在新舊水泥砂漿2 種界面過渡區(qū)及更多的微缺陷，導(dǎo)致再生混凝土表現(xiàn)出的應(yīng)變速率敏感性特征更為復(fù)雜.

肖建莊等［6?7］研究發(fā)現(xiàn)，再生混凝土存在顯著的應(yīng)變率敏感性特征.Wang 等［8?9］研究發(fā)現(xiàn)，在較高的應(yīng)變速率下大量再生骨料被一些裂縫穿透，再生混凝土相比普通混凝土表現(xiàn)出更大的應(yīng)變率敏感性.李龍等［10］研究發(fā)現(xiàn)，再生混凝土的峰值應(yīng)力和彈性模量隨著應(yīng)變速率的增大近乎線性增大，且不同取代率下再生混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度提高幅度均大于普通混凝土.有些學(xué)者得出相反的結(jié)論，如文獻(xiàn)［11］顯示對(duì)于普通混凝土和再生混凝土，應(yīng)變速率為10-2s-1時(shí)的抗壓強(qiáng)度，相比應(yīng)變速率為10-5s-1時(shí)的抗壓強(qiáng)度分別提高了27.84%和20.76%，再生混凝土的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子低于普通混凝土.崔云璇等［12］和Xiao 等［7］分別開展了再生混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)，研究了應(yīng)變速率對(duì)再生混凝土彈性模量、抗壓強(qiáng)度、變形能力和破壞模式等的影響規(guī)律.

目前文獻(xiàn)中關(guān)于再生混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的試驗(yàn)研究相對(duì)較少，且結(jié)論存在一定的差異.同時(shí)由于試驗(yàn)技術(shù)的限制，對(duì)再生混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究多集中在宏觀力學(xué)性能方面，針對(duì)細(xì)觀損傷機(jī)制的研究較少.建立的本構(gòu)模型大多是宏觀唯象的，無法在細(xì)觀機(jī)制與宏觀本構(gòu)行為之間建立起有效的聯(lián)系.

混凝土等準(zhǔn)脆性材料的變形破壞實(shí)質(zhì)上是內(nèi)部微裂紋、微孔洞等微缺陷的成核、萌生、擴(kuò)展的連續(xù)損傷演化過程，涉及宏、細(xì)、微觀多個(gè)尺度上無序非均勻性的跨尺度耦合［13］.細(xì)觀統(tǒng)計(jì)損傷力學(xué)的發(fā)展，為人們重新認(rèn)識(shí)混凝土等準(zhǔn)脆性固體材料的變形破壞過程提供了新的研究方法和工具［14?18］，通過定義能夠描述由大量微損傷組成的系統(tǒng)概率分布函數(shù)并確定其統(tǒng)計(jì)演化方程，提供了連接細(xì)觀損傷機(jī)制與宏觀非線性本構(gòu)行為之間聯(lián)系的橋梁.

本文以C30 普通混凝土配合比為基準(zhǔn)制備再生混凝土，開展再生混凝土的單軸壓縮動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，研究再生混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及宏觀變形破壞特征；同時(shí)結(jié)合細(xì)觀統(tǒng)計(jì)損傷理論，分析應(yīng)變速率對(duì)再生混凝土單軸壓縮過程細(xì)觀損傷機(jī)制的影響規(guī)律，比較再生混凝土和普通混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的差異.

1 混凝土統(tǒng)計(jì)損傷理論

1.1 基本假定

混凝土是由多相介質(zhì)組成的復(fù)合材料，變形破壞過程中微結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在2 種作用機(jī)制［19］（見圖1）：（1）劣化效應(yīng).受力過程中，在骨料和水泥砂漿交界面等薄弱部位會(huì)由于局部拉應(yīng)變超過限值而導(dǎo)致微裂紋的萌生和擴(kuò)展，期間伴隨著聲發(fā)射等能量耗散現(xiàn)象.（2）強(qiáng)化效應(yīng).伴隨著微裂紋的萌生和擴(kuò)展，微結(jié)構(gòu)應(yīng)力重分布得以實(shí)現(xiàn).薄弱部位陸續(xù)退出受力，有效受力骨架得以進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，從而能夠承受更大的外界荷載.

圖1 微結(jié)構(gòu)的劣化和強(qiáng)化Fig.1 Deterioration and strengthening in microstructure

1.2 單軸壓縮

1.2.1 細(xì)觀損傷機(jī)制

圖2為單軸壓縮示意圖.如圖2所示，在單軸壓縮過程中，混凝土的宏觀變形破壞特征、應(yīng)力-應(yīng)變行為與細(xì)觀損傷機(jī)制密切相關(guān).整個(gè)過程分為2個(gè)階段，即分布損傷階段和局部破壞階段.圖2（b）顯示了混凝土典型的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線和預(yù)測(cè)的有效應(yīng)力-應(yīng)變曲線.壓縮方向記為3方向，對(duì)應(yīng)名義應(yīng)力和有效應(yīng)力分別為σ和σE；兩側(cè)向?yàn)?、2方向.在加載過程中，由于泊松效應(yīng)的影響，微結(jié)構(gòu)中的某些薄弱部位（如骨料和砂漿交界面）會(huì)由于局部拉應(yīng)變超過其極限拉應(yīng)變而導(dǎo)致微裂縫的產(chǎn)生，走向大致平行于壓力方向.

圖2 單軸壓縮示意圖Fig.2 Shematic diagram of uniaxial compression

在分布損傷階段（O→A），材料系統(tǒng)能夠通過微裂紋隨機(jī)萌生和擴(kuò)展的方式，主動(dòng)調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)受力骨架的進(jìn)一步優(yōu)化，從而獲得更大的承載能力，有效應(yīng)力σE單調(diào)增大；A狀態(tài)時(shí)，有效受力骨架調(diào)整至最優(yōu)，σE達(dá)到最大值.名義應(yīng)力σ呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì).該過程中微裂紋在整個(gè)試件范圍內(nèi)隨機(jī)萌生和擴(kuò)展，微裂紋密度維持在較小的程度，可近似地認(rèn)為處于均勻變形狀態(tài).

A狀態(tài)之后，材料系統(tǒng)已無法再通過微裂紋隨機(jī)萌生、擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)受力骨架的進(jìn)一步優(yōu)化，潛在力學(xué)性能已發(fā)揮到極限，隨即進(jìn)入以局部災(zāi)變?yōu)樘卣鞯钠茐碾A段.在局部破壞區(qū)（CFZ）內(nèi)，損傷進(jìn)一步加劇，相繼形成一系列的宏觀縱向裂縫和剪切裂縫帶；其余部位則出現(xiàn)卸載回彈現(xiàn)象.該階段名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線存在明顯的尺寸效應(yīng)，不能被看作純粹的材料屬性.定義A為臨界狀態(tài)，并將其作為損傷局部化和災(zāi)變破壞的前兆.

Van Geel［20］著重觀測(cè)了混凝土損傷局部化現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)損傷局部化并不是出現(xiàn)在傳統(tǒng)所認(rèn)為的峰值名義應(yīng)力狀態(tài)，而是相對(duì)滯后，位于應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段的某個(gè)位置，局部破壞區(qū)以外的其余部位對(duì)軟化段曲線也存在一定的貢獻(xiàn).這與本文模型中A狀態(tài)（臨界狀態(tài)）位置的假設(shè)是一致的.

1.2.2 統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型

混凝土單軸壓縮本質(zhì)為三維空間的損傷演化過程，壓縮方向損傷由泊松效應(yīng)引起的側(cè)向拉損傷過程控制［17］.引入變量ε+（ε+＞0），定義為壓縮方向?qū)?yīng)的等效傳遞拉損傷應(yīng)變.對(duì)于單軸壓縮，有ε+=-νε，ν為泊松比.本文中拉應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)檎?，壓?yīng)力和應(yīng)變?yōu)樨?fù).

如圖2（b）所示，壓縮方向應(yīng)力-應(yīng)變行為由細(xì)觀斷裂、屈服2 種損傷演化過程控制，分別與微結(jié)構(gòu)的“劣化”和“強(qiáng)化”效應(yīng)對(duì)應(yīng).q（ε+）和p（ε+）分別為細(xì)觀斷裂、屈服損傷對(duì)應(yīng)概率密度函數(shù)，假設(shè)服從三角形分布.圖中橫坐標(biāo)應(yīng)變量分別為ε和ε+.與ε+對(duì)應(yīng)的特征應(yīng)變包括εa、εh和εb，其中：εa為初始損傷應(yīng)變；εh為p（ε+）峰值對(duì)應(yīng)應(yīng)變；εb為最大屈服損傷應(yīng)變，同時(shí)為q（ε+）峰值對(duì)應(yīng)應(yīng)變.εcr為臨界狀態(tài)應(yīng)變，滿足εcr= -εb/ν.分布損傷階段對(duì)應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系可表示如下［17?18］：

式中：DR和Dy為損傷變量，分別與細(xì)觀斷裂、屈服損傷相關(guān)；Ev為進(jìn)化因子，表征微結(jié)構(gòu)受力骨架優(yōu)化調(diào)整的程度，變化范圍0～1；H=DR（εb），為臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的斷裂損傷值；εa、εh、εb和H表征細(xì)觀屈服和斷裂損傷演化過程對(duì)應(yīng)的三角形概率分布形態(tài)，可用于分析混凝土細(xì)觀非均質(zhì)的損傷演化規(guī)律.

2 試驗(yàn)

2.1 材料

水泥選用河南豐博天瑞生產(chǎn)的P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥；砂為天然河砂（細(xì)度模數(shù)2.92，中砂）；天然粗骨料為連續(xù)級(jí)配天然碎石，再生粗骨料由校內(nèi)翻修廢棄混凝土路面經(jīng)破碎、篩分后獲得，粒徑范圍均為5～20 mm；拌和水為自來水.粗骨料的基本性能見表1.

表1 粗骨料的基本性能Table 1 Basic properties of coarse aggregates

2.2 配合比設(shè)計(jì)

取代率（R）為再生骨料占粗骨料總質(zhì)量的百分比，分別考慮R為0%、50%和100%的3 種方案，試驗(yàn)配合比見表2.由于再生粗骨料吸水率較大，試驗(yàn)時(shí)添加附加水以保證粗骨料達(dá)到飽和面干狀態(tài).試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28 d.

表2 配合比Table 2 Mix proportion

2.3 試驗(yàn)方法

試件尺寸為φ100×200 mm，總共制作12 組，每組5 個(gè).在WAW?1000 型電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn).加載過程采用位移控制的等應(yīng)變率加載方式，應(yīng)變速率ε?采用10-5、10-4、10-3、10-2s-1，以ε?=10-5s-1為基準(zhǔn)應(yīng)變速率.試件軸向力由試驗(yàn)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)采集，試件兩端縱向變形由位移計(jì)進(jìn)行測(cè)量.試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中，考慮到試驗(yàn)結(jié)果的離散性，每組選取中間3 條試驗(yàn)曲線；通過以應(yīng)變?yōu)榛鶞?zhǔn)，對(duì)3 條試驗(yàn)曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)的應(yīng)力值取平均的方法，獲得平均應(yīng)力-應(yīng)變曲線作為該組的試驗(yàn)結(jié)果.

3 結(jié)果與分析

3.1 應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€

圖3 為再生混凝土的單軸壓縮名義應(yīng)力-應(yīng)變（σ?ε）全曲線.由圖3 可見：不同應(yīng)變速率下再生混凝土的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有相似的形態(tài)特征，曲線上升段和下降段之間存在光滑的過渡；原點(diǎn)至60%峰值應(yīng)力前的上升段基本為線性段，之后曲線斜率逐漸變緩，到達(dá)峰值后曲線迅速下降，應(yīng)力下降到70%～80%峰值應(yīng)力時(shí)下降段出現(xiàn)拐點(diǎn)，曲線由凸變凹，曲率變緩；隨著應(yīng)變速率的提高，峰值應(yīng)力顯著增大，曲線上升段和下降段連接部位變的更加陡峭.

圖3 再生混凝土的單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€Fig.3 Complete stress?strain curves of recycled concretes under uniaxial compression

3.1.1 峰值應(yīng)力

圖4為混凝土峰值應(yīng)力σp（抗壓強(qiáng)度）隨應(yīng)變速率的變化.由圖4 可見：在準(zhǔn)靜態(tài)工況下（ε?s=10-5s-1），取代率R為0%、50%和100%的再生混凝土峰值應(yīng)力分別為-25.79、-26.61、-27.24 MPa；在動(dòng)態(tài)工況下，3 種混凝土的峰值應(yīng)力均隨應(yīng)變速率的提高呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)；對(duì)于R=100%的再生混凝土，應(yīng)變速率為10-4、10-3、10-2s-1時(shí)對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)力，分 別比準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)提高15%、25%和47%；對(duì)于R=50%的再生混凝土，峰值應(yīng)力分別提高了7%、17%和33%；對(duì)于R=0%的普通混凝土，峰值應(yīng)力分別提高了14%、23%和35%.由此可見，當(dāng)R=100%時(shí)再生混凝土動(dòng)態(tài)強(qiáng)度的增大幅度要明顯高于普通混凝土，這與文獻(xiàn)［9?10］的結(jié)論是一致的.

圖4 混凝土峰值應(yīng)力隨應(yīng)變速率的變化Fig.4 Change of peak stress of concrete under different strain rates

3.1.2 彈性模量

表3 為再生混凝土的特征參數(shù)，其中E為彈性模量，εp為峰值應(yīng)變.由表3 可見：隨著應(yīng)變速率的增加，E近似呈線性增長(zhǎng)；對(duì)于取代率R為0%、50% 和100%的再生混凝土，E分別由應(yīng)變速率為10-5s-1時(shí)的19.7、15.7、17.9 GPa，增大到應(yīng)變速率為10-2s-1時(shí)的41.1、26.8、40.4 GPa.王國(guó)盛等［4］和路德春等［5］結(jié)合Stefan 效應(yīng)和慣性效應(yīng)，對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變率下混凝土初始彈性模量增大的細(xì)觀機(jī)理進(jìn)行了探討.

3.1.3 峰值應(yīng)變

由表3 可見：對(duì)于取代率R為0%、50%和100%的再生混凝土，εp分別由應(yīng)變速率為10-5s-1時(shí)的-1.93×10-3、-2.47×10-3和-1.92×10-3，減小到應(yīng)變速率為10-2s-1時(shí)的-1.11×10-3、-1.94×10-3和-1.35×10-3；隨著lg(ε?/ε?s)的增大，εp均呈減小趨勢(shì)，顯示混凝土脆性增大，延性降低.肖詩云等［21］和Dilger等［22］也得出了類似的結(jié)論.

表3 再生混凝土的特征參數(shù)Table 3 Characteristic parameters of recycled concretes

3.2 變形破壞特征

再生骨料取代率對(duì)再生混凝土的變形破壞特征沒有明顯的影響.試件表面第1 條可見裂縫一般出現(xiàn)在峰值應(yīng)力點(diǎn)附近，大致平行于受壓方向.當(dāng)達(dá)到應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段拐點(diǎn)附近時(shí)，在試件中間部位出現(xiàn)局部鼓脹現(xiàn)象，形成一系列縱向裂縫.隨著損傷的進(jìn)一步加劇，在局部鼓脹區(qū)內(nèi)出現(xiàn)貫穿斜裂縫，導(dǎo)致試件最終的破壞.在低應(yīng)變速率情況下，局部鼓脹與斜裂縫出現(xiàn)的間隔較大，局部鼓脹比較充分；在高應(yīng)變速率情況下，局部鼓脹和斜裂縫出現(xiàn)的時(shí)間非常接近，部分試塊沒有出現(xiàn)明顯局部鼓脹現(xiàn)象就直接出現(xiàn)斜裂縫.從裂縫形式來看，隨著應(yīng)變速率的提高，混凝土破壞裂縫越來越接近直線.從斷裂面的形態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)變速率較低時(shí)斷裂表面粗糙，主要沿著骨料和砂漿交界面切斷；隨著應(yīng)變速率的增大，斷面更加平整，更多骨料被切斷.試件破壞時(shí)會(huì)出現(xiàn)爆裂聲，并伴隨有碎塊向四周飛濺.

白以龍等［15］基于突變理論，將準(zhǔn)脆性固體材料破壞分為分布式損傷累積和誘發(fā)局部災(zāi)變2 個(gè)階段，其中臨界狀態(tài)具有敏感性特征.結(jié)合本文試驗(yàn)，以出現(xiàn)局部鼓脹的狀態(tài)作為損傷局部化的臨界狀態(tài)，將單軸壓縮過程分為分布損傷和局部破壞2 個(gè)階段.

3.3 細(xì)觀損傷機(jī)制探討

王國(guó)盛等［4］和路德春等［5］將有關(guān)混凝土動(dòng)力特性細(xì)觀機(jī)理的理論進(jìn)行了總結(jié)，主要包括3 種觀點(diǎn)：（1）黏性效應(yīng).主要來源于混凝土中的水泥基體.由于基體內(nèi)部微孔隙中自由水的存在，孔隙在變形過程中會(huì)產(chǎn)生Stefan 效應(yīng)，即產(chǎn)生阻止微孔隙擴(kuò)展的阻力.（2）慣性效應(yīng).又稱為應(yīng)力波傳播效應(yīng)，是混凝土內(nèi)部存在的一種能量傳遞過程.（3）裂紋擴(kuò)展.動(dòng)態(tài)荷載改變了基體內(nèi)部裂紋萌生、擴(kuò)展的形態(tài)、數(shù)量和路徑，使混凝土強(qiáng)度得到提高.體現(xiàn)在2 個(gè)方面：一是對(duì)于單條裂縫而言，隨著加載速率的提高，裂縫擴(kuò)展的路徑變得越來越平直，穿越骨料也越來越多；二是對(duì)于微裂縫系統(tǒng)而言，隨著加載速率的提高，相同應(yīng)力作用下混凝土試件中的裂縫數(shù)量減少.

上述因素對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響可概括為2個(gè)方面：（1）導(dǎo)致初始“剛度”增大，可由彈性模量的變化進(jìn)行表征.（2）改變了微裂紋萌生和擴(kuò)展的路徑、模式和累積演化過程，可用統(tǒng)計(jì)損傷模型進(jìn)行定量表征.宏觀非線性應(yīng)力-應(yīng)變曲線中蘊(yùn)含著細(xì)觀損傷演化過程的有效信息.本文利用統(tǒng)計(jì)損傷模型，結(jié)合試驗(yàn)曲線分析應(yīng)變速率對(duì)再生混凝土單軸壓縮過程中細(xì)觀損傷機(jī)制的影響規(guī)律.參考文獻(xiàn)［23］，泊松比ν取0.2.

圖5 為利用損傷模型計(jì)算獲得的再生混凝土在不同應(yīng)變速率下分布損傷階段對(duì)應(yīng)的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線，包括上升段和部分下降段.每條預(yù)測(cè)曲線需要確定4 個(gè)參數(shù)：εa、εh、εb和H，可利用Matlab 遺傳算法模塊通過多元回歸分析得到［18］.預(yù)測(cè)曲線與試驗(yàn)曲線吻合良好，計(jì)算參數(shù)見表4.

表4 再生混凝土的計(jì)算參數(shù)Table 4 Results for calculation parameters of recycled concretes

圖5 再生混凝土的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.5 Nominal stress?strain curves of recycled concretes

圖6 為預(yù)測(cè)的再生混凝土有效應(yīng)力-應(yīng)變曲線，該模型從有效應(yīng)力的角度理解整個(gè)變形破壞過程.由圖6 可見：在分布損傷階段，σ先增大后減小，中間存在峰值名義應(yīng)力狀態(tài)；σE單調(diào)增大，在臨界狀態(tài)達(dá)到最大值，隨后試件將進(jìn)入以損傷局部化為特征的破壞階段；隨著應(yīng)變速率的增大，混凝土強(qiáng)度提高，延性降低，臨界狀態(tài)應(yīng)變相應(yīng)減小.

圖6 再生混凝土的有效應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.6 Effective stress?strain curves of recycled concretes

圖7 為再 生混凝 土的lg（ε?/ε?s）?ε+關(guān)系 曲線，屈服損傷反映了混凝土微結(jié)構(gòu)受力骨架優(yōu)化調(diào)整的過程.由圖7 可見：隨著應(yīng)變速率的提高，3 個(gè)特征參數(shù)呈現(xiàn)明顯規(guī)律性的變化；由于延性降低，3 個(gè)參數(shù)均呈線性減小的趨勢(shì)；對(duì)于R=100%的再生混 凝 土，εa和εb分 別 由 應(yīng) 變 速 率 為10-5s-1時(shí)的1.882×10-4、5.572×10-4，減 小 到10-2s-1時(shí) 的1.437×10-4、4.159×10-4；對(duì)于R=0%的普通混凝土，εa和εb分 別由10-5s-1時(shí)的0.777×10-4、6.002×10-4， 減 小 到 10-2s-1時(shí) 的 0.384×10-4、3.733×10-4.

圖7 再生混凝土的lg(ε?/ε?s)?ε+關(guān)系曲線Fig.7 Curves of lg(ε?/ε?s)?ε+of recycled concretes

圖8 為 再 生 混 凝 土 的H?lg（ε?/ε?s）關(guān) 系 曲 線.由圖8 可見：隨著應(yīng)變速率的增大，H線性減小；對(duì)于R=100%的再生混凝土，H由應(yīng)變速率為10-5s-1時(shí)的0.267，減小到10-2s-1時(shí)的0.200；對(duì)于R=0%的普通混凝土，H由10-5s-1時(shí)的0.299，減小到10-2s-1時(shí)的0.200.

圖8 再生混凝土的H?lg(ε?/ε?s)關(guān)系曲線Fig.8 Curves of H?lg(ε?/ε?s)of recycled concretes

圖9 為再生混凝土DR的演化曲線.由圖9 可見：在相同應(yīng)變情況下，加載應(yīng)變速率越高，DR值越大，即微裂紋密度越大；由于在高應(yīng)變速率下混凝土更早地達(dá)到臨界狀態(tài)，導(dǎo)致臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的DR值隨著應(yīng)變速率的提高而減?。慌R界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的微裂紋密度仍然維持在較小的范圍.

圖9 再生混凝土DR的演化曲線Fig.9 Evolution curves of DR of recycled concretes

圖10 為再生混凝土Ev的演化曲線.Ev與屈服損傷有關(guān)，在分布損傷階段，Ev從0 增大到1，是材料損傷演化過程的決定性因素.由圖10 可見，應(yīng)變速率的提高顯著改變了Ev的演化進(jìn)程.從變形的角度看，在相同應(yīng)變情況下，加載速率越高，Ev值越大.因此，在高應(yīng)變速率下混凝土更早地達(dá)到臨界狀態(tài)，導(dǎo)致其變形能力降低，延性變差.當(dāng)Ev=1 時(shí)，意味著微結(jié)構(gòu)有效受力骨架調(diào)整到最優(yōu)，材料潛在力學(xué)性能發(fā)揮到極限，有效應(yīng)力達(dá)到最大值，試件隨即進(jìn)入以損傷局部化為特征的破壞階段.整個(gè)損傷演化過程體現(xiàn)了量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)換.綜合比較圖6、7、10 可以發(fā)現(xiàn)，相較于普通混凝土（R=0%），再生混凝土（R=100%）的初始損傷應(yīng)變明顯偏大，同時(shí)動(dòng)態(tài)工況下臨界狀態(tài)延性降低的幅度相對(duì)較?。é?=10-2s-1時(shí)，再生混凝土和普通混凝土對(duì)應(yīng)的εcr分別為ε?=10-5s-1時(shí)對(duì)應(yīng)值的0.75和0.62），使得再生混凝土在動(dòng)態(tài)荷載下有相對(duì)更充分的變形，最終導(dǎo)致再生混凝土在臨界狀態(tài)和峰值應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力表現(xiàn)出更明顯的率敏感性特征.

圖10 再生混凝土Ev的演化曲線Fig.10 Evolution curves of Ev of recycled concretes

圖11 為σcr/σp?ε?關(guān)系.由圖11 可以看出，動(dòng)態(tài)應(yīng)變率下名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線上臨界狀態(tài)與峰值應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力比值σcr/σp在0.74～0.93 之間，平均值為0.84.圖12 為εcr/εp?ε?關(guān)系.由圖12 可以看出，臨界狀態(tài)與峰值應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)應(yīng)變比值εcr/εp在1.37～1.62 之間，平均值為1.50.為了充分考慮混凝土材料的延性，同時(shí)避免考慮局部破壞階段尺寸效應(yīng)的影響，Xiao 等［24］提出將應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段對(duì)應(yīng)85%峰值應(yīng)力的狀態(tài)定義為混凝土單軸壓縮過程的極限狀態(tài).可見本文模型中臨界狀態(tài)位置與文獻(xiàn)中極限狀態(tài)位置是一致的.

圖11 ?關(guān)系Fig.11 Relation of

圖12 ?關(guān)系Fig.12 Relation of

4 結(jié)論

（1）再生混凝土在動(dòng)態(tài)加載條件下表現(xiàn)出與普通混凝土類似的力學(xué)特性和變形破壞特征.隨著應(yīng)變速率的提高，峰值應(yīng)力和彈模量線性增大，峰值應(yīng)變逐漸減小，曲線上升段和下降段的連接部位變得更加陡峭.當(dāng)R=100%時(shí)，再生混凝土表現(xiàn)出更為顯著的動(dòng)態(tài)敏感性特征，應(yīng)變速率為10-2s-1時(shí)的峰值應(yīng)力較準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)提高了47%.再生混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性與內(nèi)部裂紋擴(kuò)展過程存在著密切的聯(lián)系，隨著應(yīng)變速率的增大，斷裂面更加平整，更多的骨料被切斷.

（2）加載應(yīng)變速率的提高顯著改變了微結(jié)構(gòu)受力骨架優(yōu)化調(diào)整的進(jìn)程，使得混凝土更早地達(dá)到臨界狀態(tài)，導(dǎo)致其變形能力降低，延性變差.與此同時(shí)，應(yīng)變速率的提高改變了微裂紋萌生、擴(kuò)展的路徑和過程，臨界狀態(tài)時(shí)斷裂損傷值線性減小.與普通混凝土相比，動(dòng)態(tài)工況下再生混凝土在均勻損傷階段具有相對(duì)更好的延性和變形能力，從而表現(xiàn)出更加顯著的應(yīng)變率敏感性.區(qū)分峰值應(yīng)力狀態(tài)和臨界狀態(tài)，σcr/σp和εcr/εp的均值分別為0.84 和1.50，建議將臨界狀態(tài)作為本構(gòu)模型的極限破壞狀態(tài).