科学重构珊瑚混凝土细观模型，助力岛礁工程结构更稳固 | Engineering

针对世界范围内对岛礁工程建设的迫切需求，一种新型的轻骨料混凝土——珊瑚混凝土（CAC）凭借其优异的性能及独特的资源优势（就地取材选用来自珊瑚礁和岛屿的珊瑚碎屑和海水），受到了国内外学者的广泛关注，其主要原材料包括珊瑚骨料、水泥、海水和其他外加剂。CAC最早出现在第二次世界大战期间，其主要由海水及太平洋各岛屿产生的珊瑚骨料组成，美国海军土木工程实验室针对CAC的配合比和基本力学性能（如抗压强度、弹性模量和抗弯强度）开展了一系列的试验研究工作。然而，现有的混凝土细观模型中的骨料模型主要是圆形、多面体和球体等规则几何体，这些规则骨料模型在模拟骨料形状和随机分布性方面存在较大局限性。

东南大学张锦华研究团队、南京航空航天大学余红发研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年10月刊发表了题目为《考虑试件形状和支承垫片尺寸效应的珊瑚混凝土劈裂抗拉性能的三维细观研究》的研究性文章，提出了一种考虑骨料形状和空间分布随机性的三维随机混凝土细观模型，影响因素包括试件形状和支承垫片尺寸。文章建立了12个不同的混凝土细观模型，按照试件形状可分为两种，即边长为150 mm的立方体和尺寸为ϕ150 mm × 300 mm的圆柱体。其中，支承垫片宽度为6 mm、9 mm、12 mm、15 mm、18 mm和20 mm。此外，文章系统分析和讨论了试件几何形状和垫片宽度对CAC劈裂抗拉性能的影响规律，包括混凝土开裂过程、最终破坏模式和劈裂抗拉强度（ f _st ）。

值得注意的是，承受较宽压缩荷载的CAC试件的失效破坏结合了压缩和拉伸两种荷载作用机制，其中压缩破坏占主要地位。换而言之，在混凝土试件的劈拉试验中，采用较宽垫片的CAC试件的主要失效模式是压缩破坏，而不是纯粹的劈裂抗拉破坏，这会导致对混凝土劈裂抗拉强度的高估。此外，当垫片宽度大于18 mm时，会在立方体CAC试件的两个侧面观察到弯曲拉伸破坏现象，而这两个侧面与加载平面平行。部分文章在对普通混凝土立方体模型的劈裂抗拉性能进行数值模拟时，也观察到了类似的现象。

结果表明，文章所开发的细观模型具有很高的可靠性，并确定了适用于CAC劈裂抗拉性能模拟和预测的最优计算参数。 文章指出，CAC的 f _st 值与试件形状和垫片宽度直接相关。 其中，在垫片尺寸相同的情况下，立方体CAC试件的 f _st 值要略高于圆柱体模型，表明可以采用断裂面积的差异来解释试件形状效应对CAC  f _st 值的影响规律。 此外，当垫片的相对宽度由0.04增加到0.13时，CAC的 f _st 值会呈现逐渐增大的趋势。 基于弹性力学理论，文章初步确定了不同垫片宽度条件下CAC  f _st 的取值范围，这对于研究CAC的抗拉性能具有重要意义。

以上内容来自：Zhangyu Wu, Jinhua Zhang, Hongfa Yu, Qin Fang, Haiyan Ma, Li Chen. Three-Dimensional Mesoscopic Investigation on the Impact of Specimen Geometry and Bearing Strip Size on the Splitting-Tensile Properties of Coral Aggregate Concrete [J]. Engineering, 2022, 17(10): 110-122.