第31卷第6期 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 年12月 Vol 31 No 6 Journal of Liaoning Technical University( Natural Science Dec.2012 文章编号:1008-0562(201206087506 纳米混凝土声发射 Kaiser效应的试验与数值模拟 王海波1,谢志龙2 (1.华东交大理工学院土建分院,江西南昌330100:2.南昌大学建筑工程学院,江西南昌330031) 摘要:为研究纳米材料的微观结构对混凝士宏观力学性能的影响,采用声发射试验和数值模拟相结合的方法, 研究纳米混凝土在循环载荷作用下的声发射特性结果表明:纳米混凝土具有明显的 Kaiser效应,但存在一定的 应力水平范围与普通混凝土相比,由于受到纳米SO2微观作用的影响,纳米混凝土在前3次加载过程中,声发 射能量高、幅值大、活性强.但在第4次加载时,由于承载能力得到提高,纳米混凝土声发射能量累积曲线的变 化相对平缓RFPA数值模拟结果与试验结果具有一致性,其应力图和声发射图能够形象地表征试件裂纹的扩展过 程和破裂位置这有助于深入了解纳米混凝土损伤过程的声发射特征 关键词:纳米混凝土:声发射: Kaiser效应:RFPA:数值模拟:纳米SiO2:试验:损伤 中图分类号:O348.8 文献标志码 Numerical simulation and experiment on acoustic emission Kaiser effect of Nano-concrete WANG Haibo. XIe Zhilong (1. Civil Engineering and Architecture Branch, Institute of Technology, East China Jiao Tong University, Nanchang 330100, China; 2 School of Civil Engineering and Architecture, Nanchang University, Nanchang 330031, China) Abstract: To study the influence of nano material microscopic structure on the macro-mechanical properties of concrete, using AE test and numerical simulation methods, the AE characteristic of Nano-concrete under cyclic loading was investigated. The results show that the Nano-concrete has Kaiser effect, however, it occurs in a certain stress level range. Compared with ordinary concrete, the Nano-concrete has higher AE energy, larger AE amplitude and stronger AE activity during the first 3 loading processes due to the micro influence of Nano-SiOz Nevertheless, in the 4th loading, the AE energy cumulative curve of Nano-concrete is relatively flat because of the improvement of the bearing capacity of Nano-concrete. The numerical simulation results of RFPA and experimental results are consistent. The stress diagram and AE figure are able to image the characteristics of the specimen crack propagation process and the rupture position, which helps an in-depth understanding on the ae characteristics of Nano-concrete during its damage process Key words: Nano-concrete, acoustic emission; Kaiser effect; RFPA; numerical simulation; Nano-SiOz; test; damage 0引言 进行试验研究,发现掺纳米SiO2颗粒的水泥砂浆 混凝土材料自问世以来就受到了广泛的青睐其7d和28d的抗压强度均高于含有硅灰的砂浆 扶名福等将纳米SO2作为外掺剂加入到普通水泥 随着应用范围的不断扩大、理论研究的不断深入, 混凝土中,制备高性能混凝土和功能性混凝土,讨 人们对混凝土材料的要求也不断提高然而,普通混论纳米SO2对普通混凝士工作性能的改善机理杜 凝土的工作性能已经远不能满足需求伴随纳米科学 应吉吲等报道,在混凝土中,可以添加纳米SiO2作 的不断进步与发展,人们试图在普通混凝土中添加 为“添加剂”,用来改善混凝土的强度、抗冻性和 纳米材料以改善其性能,这将成为一种新的尝试2 抗渗性等 Job wan!3等对掺加纳米SiO2水泥砂浆的性能 目前,绝大多数的研究都停留在纳米材料对混 收稿日期:2012-06-26 基金项目:江西省研究生创新专项基金资助项目(YC10A034) 作者简介:王海波(1980-),男,江西南吕人,硕土研究生,主要从事无机功能材料和新型建筑材料方面的研究.本文编校:曾繁慧第 31 卷第 6 期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2012 年 12 月 Vol.31 No.6 Journal of Liaoning Technical University（Natural Science） Dec. 2012 收稿日期：2012-06-26 基金项目：江西省研究生创新专项基金资助项目（YC10A034） 作者简介：王海波（1980-），男，江西 南昌人，硕士研究生，主要从事无机功能材料和新型建筑材料方面的研究. 本文编校：曾繁慧 文章编号：1008-0562(2012)06-0875-06 纳米混凝土声发射 Kaiser 效应的试验与数值模拟 王海波 1，谢志龙 2 （1. 华东交大理工学院 土建分院，江西 南昌 330100；2. 南昌大学 建筑工程学院，江西 南昌 330031） 摘 要：为研究纳米材料的微观结构对混凝土宏观力学性能的影响，采用声发射试验和数值模拟相结合的方法， 研究纳米混凝土在循环载荷作用下的声发射特性.结果表明：纳米混凝土具有明显的 Kaiser 效应，但存在一定的 应力水平范围.与普通混凝土相比，由于受到纳米 SiO2微观作用的影响，纳米混凝土在前 3 次加载过程中，声发 射能量高、幅值大、活性强.但在第 4 次加载时，由于承载能力得到提高，纳米混凝土声发射能量累积曲线的变 化相对平缓.RFPA 数值模拟结果与试验结果具有一致性，其应力图和声发射图能够形象地表征试件裂纹的扩展过 程和破裂位置.这有助于深入了解纳米混凝土损伤过程的声发射特征. 关键词：纳米混凝土；声发射；Kaiser 效应；RFPA；数值模拟；纳米 SiO2；试验；损伤 中图分类号：O 348.8 文献标志码：A Numerical simulation and experiment on acoustic emission Kaiser effect of Nano-concrete WANG Haibo1 , XIE Zhilong2 （1. Civil Engineering and Architecture Branch, Institute of Technology, East China Jiao Tong University, Nanchang 330100, China; 2. School of Civil Engineering and Architecture, Nanchang University, Nanchang 330031, China） Abstract: To study the influence of nano material microscopic structure on the macro-mechanical properties of concrete, using AE test and numerical simulation methods, the AE characteristic of Nano-concrete under cyclic loading was investigated. The results show that the Nano-concrete has Kaiser effect, however, it occurs in a certain stress level range. Compared with ordinary concrete, the Nano-concrete has higher AE energy, larger AE amplitude and stronger AE activity during the first 3 loading processes due to the micro influence of Nano-SiO2. Nevertheless, in the 4th loading, the AE energy cumulative curve of Nano-concrete is relatively flat because of the improvement of the bearing capacity of Nano-concrete. The numerical simulation results of RFPA and experimental results are consistent. The stress diagram and AE figure are able to image the characteristics of the specimen crack propagation process and the rupture position, which helps an in-depth understanding on the AE characteristics of Nano-concrete during its damage process. Key words: Nano-concrete; acoustic emission; Kaiser effect; RFPA; numerical simulation; Nano-SiO2; test; damage 0 引 言 混凝土材料自问世以来就受到了广泛的青睐[1] . 随着应用范围的不断扩大、理论研究的不断深入， 人们对混凝土材料的要求也不断提高.然而，普通混 凝土的工作性能已经远不能满足需求.伴随纳米科学 的不断进步与发展，人们试图在普通混凝土中添加 纳米材料以改善其性能，这将成为一种新的尝试[2] . Job Wan[3]等对掺加纳米 SiO2 水泥砂浆的性能 进行试验研究，发现掺纳米 SiO2 颗粒的水泥砂浆， 其 7 d 和 28 d 的抗压强度均高于含有硅灰的砂浆. 扶名福[4]等将纳米SiO2 作为外掺剂加入到普通水泥 混凝土中，制备高性能混凝土和功能性混凝土，讨 论纳米 SiO2 对普通混凝土工作性能的改善机理.杜 应吉[5]等报道，在混凝土中，可以添加纳米 SiO2 作 为“添加剂”，用来改善混凝土的强度、抗冻性和 抗渗性等. 目前，绝大多数的研究都停留在纳米材料对混