全珊瑚海水混凝土的抗冲击性能及其细观本构模型

In order to meet the construction needs on reefs in open sea, proportion and impact properties of coral concrete mixed with sea water and coral aggregate is to be investigated. To obtain high strength coral aggregate is pretreated, and low water-bonder ratios and high cementitious material contents are to be adopted. Basic Magnesium sulfate cement and sisal fiber are used to acquire high toughness. Impact property of the coral concrete is to be investigated by SHPB, and the influence of the mix proportion on the impact property is to be analysised. Based o n the Mori-Tanaka concept of averag e stress and Eshelby equivalent inclusion theory, the elastic modulus of concrete is formulated.Using Horii and Nemat-Nasser sliding crack model of brittle materials subjected to biaxial compressive stress, the influences of micro-crack on elastic modulus and damage evolution are found out by the meso-mechanical method .A one-dimensional dynamic constitutive model of concrete subjected to impacting loading is established.

针对我国远海岛礁建设需要，就地利用岛礁上丰富的珊瑚和海水资源，研究全珊瑚海水混凝土的制备技术及其抗冲击性能。基于前期探索，采用富浆混凝土理论设计高强珊瑚混凝土，利用高韧性晶须水泥和掺加剑麻纤维实现“降脆增韧”，获得高强度、高韧性全珊瑚海水混凝土的优化配合比。研究其静态、准静态力学性能和SHPB冲击压缩性能，探究其强度、韧性、抗冲击性能与原材料、配合比之间的内在联系，提出具有高强度、高韧性和高抗冲击能力的全珊瑚海水混凝土制备技术。基于Mori-Tanaka理论、Eshelly等效夹杂理论和脆性材料的滑移裂纹模型，运用声发射、高速摄像并结合图像分析软件，研究裂纹对材料弹性模量的弱化作用以及微裂纹的损伤演化方程，建立全珊瑚海水混凝土在冲击作用下的细观动态本构模型。本项目旨在解决珊瑚混凝土的“低强易脆”问题，为我国南海岛礁军事防护工程建设提供一种高强度、高韧性、高抗冲击能力的全珊瑚海水混凝土技术。

本项目研究了全珊瑚海水混凝土(Coral Aggregate Seawater Concrete，CASC)的基本力学性能、应力-应变全曲线、冲击压缩性能及剑麻纤维的增强增韧效应，并及对CASC与SFCASC（掺加剑麻纤维的全珊瑚海水混凝土Sisal fiber coral aggregate seawater concrete）进行了细观力学性能分析，利用LS-DYNA对冲击试验进行了数值模拟。结果表明，CASC与一般陶粒、浮石、火山岩等轻骨料混凝土(LAC)类似，同样具有较大的脆性，属于脆性材料，与韧性材料相比，它们对抵抗冲击荷载和承受震动作用有不利的影响，有可能会影响军事防护工程的抗冲击、抗侵彻、抗爆炸和抗震塌能力。利用高韧性晶须水泥和掺加剑麻纤维能有效地改善CASC的脆性，起到“降脆增韧”的效果。采用通过试验测得的参数值的修正HJC本构模型可用于全珊瑚海水混凝土的细观数值分析，模拟结果与试验结果吻合良好，该模型和用于后续的结构分析。