混凝土二维随机骨料生成和投放的均匀性判别

柯俊宏， 李厚民， 汪 洋， 吴克洋

(湖北工业大学土木建筑与环境学院， 湖北 武汉 430068)

目前， 按照混凝土的研究尺度的不同， 学者们把混凝土研究划分为微观、 细观和宏观三个层次来进行研究。 在细观层次上混凝土材料被认为是由粗细骨料、 界面层、 水泥砂浆、 孔隙以及微裂缝等组成的多相复合材料， 而且多相复合材料的特性对混凝土的非线性宏观力学性能有较大的影响。 目前， 针对混凝土细观问题的实验研究对实验条件要求较高， 如CT扫描仪等设备不易获得[1]， 而理论模型的研究相对成熟[2]， 如刘家煜[3]基于格构模型对混凝土受拉断裂过程进行模拟， 朱万成[4]采用随机力学特性模型模拟混凝土在单轴压缩作用下的断裂过程,程一磊[5]等采用随机骨料模型模拟三点弯曲试验， 然而现在的随机骨料模型均只考虑骨料位置、 大小和形状的随机性， 忽略了骨料本身的均匀性问题。 因此， 在随机骨料投放程序当中增加骨料均匀性判别手段对其细观力学分析有着重要的意义。

1 二维随机骨料的生成与投放

1.1 骨料级配理论

混凝土内骨料的含量可由Fuller颗粒级配理想曲线公式得出， Walraven运用概率统计的方法， 将三维的Fuller级配公式转换为二维公式， 以此来求得各级配骨料所占的面积， 即：

PC(D0.053(D0/Dmax)4-0.012(D0/Dmax)6-
0.0045(D0/Dmax)8+0.0025(D0/Dmax)10]

(1)

其中:PC为截面上任一点具有直径D

由各个级配的面积占比可计算得出各个级配对应的骨料个数[6]为

Ni=int(A·P0/Ai)

(2)

其中:Ni为某粒径区间内的骨料个数，A为试件截面的总面积，P0为粒径范围区间为[Di,Di+1]的骨料出现的概率，Ai为某粒径区间内骨料截面的有效面积。……