王 浩 ，李小偉*，王 軍

（1.西華大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院,四川 成都 610039；2.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,四川 綿陽(yáng) 621010；3.貴州109 地礦工程有限公司,貴州 興義 562400）

0 引言

高鈦重礦渣的主要應(yīng)用領(lǐng)域是將其破碎分篩生產(chǎn)高鈦重礦渣碎石和高鈦重礦渣砂，充當(dāng)建筑材料，直接用于生產(chǎn)混凝土[1-2]。高鈦重礦渣碎石是一種多孔材料，材料內(nèi)部有害孔洞較多，這些孔洞對(duì)高鈦重礦渣混凝土的性能有重要影響[3-4]。混凝土是一種復(fù)雜的、非均勻的多相體，混凝土的性能不能用組成它的各種組成成分的性能來(lái)簡(jiǎn)單疊加，已有研究結(jié)果表明多孔材料的孔結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度、滲透性、變形等宏觀性能都有重要影響[5]，界面過(guò)渡區(qū)對(duì)混凝土宏觀力學(xué)性能有決定性影響等[6]。

在混凝土材料研究中，通常認(rèn)為骨料強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水泥膠砂強(qiáng)度，骨料級(jí)配合理對(duì)混凝土宏觀力學(xué)性能起決定性作用，文獻(xiàn)[7]研究表明多孔骨料會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度。高鈦重礦渣是一種多孔材料，這些孔洞勢(shì)必會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度與破壞機(jī)理產(chǎn)生影響，已經(jīng)有許多學(xué)者對(duì)高鈦重礦渣的強(qiáng)度進(jìn)行研究[8-9]，還需要進(jìn)一步研究高鈦重礦渣混凝土的破壞機(jī)理。而要研究高鈦重礦渣的破壞機(jī)理就需要做大量試驗(yàn)，耗費(fèi)大量時(shí)間和成本。目前，有學(xué)者將離散元分析軟件運(yùn)用在混凝土材料的分析當(dāng)中，取得了不錯(cuò)的研究成果，學(xué)者王軍利用離散元分析手段研究高鈦重礦渣透水混凝土[10]；栗浩洋利用離散元分析手段對(duì)無(wú)砂混凝土2 種典型卵石骨料進(jìn)行仿真建模，研究了不同孔隙率下的無(wú)砂混凝土單軸壓縮試驗(yàn)以及破壞情況[11]；宿輝采用PFC2D離散元軟件，建立的生態(tài)混凝土數(shù)值模型，研究不同細(xì)觀參數(shù)下對(duì)生態(tài)混凝土的影響[12]。以上研究表明選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，數(shù)值模擬能較好地與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果擬合，選擇合適的參數(shù)，數(shù)值模擬結(jié)果完全能代替試驗(yàn)結(jié)果。

筆者進(jìn)行了高鈦型重礦渣混凝土和普通混凝土配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)，完成了混凝土立方體和棱柱體試驗(yàn)和硬化混凝土切片試驗(yàn)；利用PFC 有限元軟件標(biāo)定了高鈦型重礦渣混凝土和普通混凝土的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)并模擬了混凝土棱柱體受壓性能；分析了普通混凝土和高鈦重礦渣混凝土棱柱體破壞現(xiàn)象和破壞機(jī)理。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

粗骨料a：攀鋼環(huán)業(yè)公司生產(chǎn)的粒徑為5～31.5 mm 連續(xù)級(jí)配的高鈦重礦渣渣石，表觀密度：2 849 kg/m3，堆積密度為1 746 kg/m3，含水率0.39%。

粗骨料b：破碎的粒徑為10～26.5 mm 連續(xù)級(jí)配的石灰石碎石，表觀密度：2 826 kg/m3。

細(xì)骨料：為攀鋼環(huán)業(yè)公司生產(chǎn)的高鈦重礦渣砂，渣粉含量10%～13%。細(xì)度模數(shù)MX=2.9～3.2，表觀密度為3 264 kg/m3，堆積密度為1 741 kg/m3。含水率為1.37%。

水泥：P.c32.5 R。

水：自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比

試驗(yàn)配合比見(jiàn)表1。C35 z 與C35 s 的混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)一致，采用的粗骨料不同，每立方混凝土粗骨料的體積含量相同。表1中的用水量考慮了高鈦重礦渣碎石吸水率與石灰石的吸水率的影響。

表1 試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比Table 1 Experimental benchmark of mix proportion

1.3 混凝土試件強(qiáng)度試驗(yàn)

試驗(yàn)共制備了4 組試件，其中2 組高鈦重礦渣混凝土，2 組普通石灰石混凝土，每組試件分別包含3 個(gè)立方體試件和3 個(gè)棱柱體試件，立方體試件的尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，棱柱體試件的尺寸為150 mm×150 mm×550 mm。測(cè)得混凝土試件抗壓強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表2，其中z 表示高鈦渣混凝土，s表示普通石灰石混凝土，強(qiáng)度取值為3 個(gè)試件的試驗(yàn)平均值。試驗(yàn)操作過(guò)程符合《GB/T50081-2019普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

表2 強(qiáng)度對(duì)比Table 2 Strength comparison

由表2 所示的強(qiáng)度結(jié)果可知，粗骨料為高鈦重礦渣的混凝土的平均立方體抗壓強(qiáng)度為41.56 MPa與39.57 MPa，粗骨料為石灰石的混凝土的平均立方體抗壓強(qiáng)度為36.89 MPa 與36.21 MPa，可見(jiàn)以高鈦重礦渣等體積替代普通石灰石，高鈦重礦渣混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要比普通石灰石混凝土提高一級(jí)。從棱柱體抗壓強(qiáng)度對(duì)比來(lái)看，粗骨料為高鈦重礦渣的混凝土棱柱體平均抗壓強(qiáng)度為35.95 MPa 與34.46 MPa，粗骨料為石灰石的混凝土棱柱體平均抗壓強(qiáng)度為29.41 MPa 與29.27 MPa，以高鈦重礦渣碎石替代石灰石的混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度較高。

1.4 棱柱體試件受壓試驗(yàn)

1.4.1 高鈦重礦渣混凝土棱柱體試驗(yàn)

如圖1 所示，高鈦重礦渣混凝土棱柱體試件受壓破壞面較為平整，破壞面沿斜向發(fā)展，穿越高鈦重礦渣粗骨料、界面過(guò)渡區(qū)和水泥硬化砂漿。在破壞面內(nèi)，被壓壞的粗骨料與水泥硬化砂漿之間粘結(jié)良好，破壞面內(nèi)的界面過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)的裂紋較少。

圖1 高鈦重礦渣混凝土棱柱體受壓破壞Fig.1 Compressive failure for prism specimen of HTHS concrete

1.4.2 普通混凝土棱柱體試驗(yàn)

如圖2 所示，普通石灰石混凝土棱柱體試件破壞面分布較為曲折，破壞面不會(huì)穿越骨料，破壞面沿界面過(guò)渡區(qū)穿越水泥硬化砂漿。在破壞面內(nèi)，粗骨料與水泥硬化砂漿之間粘結(jié)較差，破壞面內(nèi)的界面過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)裂紋較多，脫離水泥硬化砂漿的粗骨料較多。

圖2 普通混凝土棱柱體受壓破壞Fig.2 Compressive failure for prism specimen of normal concrete

1.4.3 破壞現(xiàn)象分析

從配合比來(lái)看，4 組棱柱體試件的水泥用量相同，粗骨料不同，每立方混凝土中粗骨料的體積相同，高鈦重礦渣混凝土與普通石灰石混凝土破壞現(xiàn)象有較大區(qū)別-高鈦重礦渣混凝土的破壞面穿越粗骨料破壞；普通石灰石混凝土的破壞面沿骨料的邊緣曲折發(fā)展。造成這種破壞現(xiàn)象的主要原因是混凝土的宏觀力學(xué)性能是粗骨料強(qiáng)度、界面過(guò)渡區(qū)粘結(jié)強(qiáng)度和硬化砂漿強(qiáng)度三種因素相互作用決定的。高鈦重礦渣粗骨料是一種多孔材料，孔洞的存在會(huì)減弱骨料的強(qiáng)度。與水泥硬化砂漿的強(qiáng)度相比，高鈦重礦渣粗骨料強(qiáng)度較弱，與普通混凝土相比，高鈦重礦渣混凝土的界面過(guò)渡區(qū)粘結(jié)強(qiáng)度較高。基于以上兩個(gè)原因，高鈦重礦渣混凝土的內(nèi)部裂紋先從粗骨料內(nèi)部的孔洞周邊應(yīng)力集中區(qū)萌生，當(dāng)變形發(fā)展到一定程度時(shí)，內(nèi)部的裂紋會(huì)逐漸發(fā)展，與水泥硬化砂漿內(nèi)的裂紋連通，形成貫穿整個(gè)試件的斜向破碎帶。普通混凝土的粗骨料強(qiáng)度高，內(nèi)部沒(méi)有孔洞且普通混凝土的界面過(guò)渡區(qū)粘結(jié)強(qiáng)度較低，所以普通混凝土的內(nèi)部裂紋先從界面過(guò)渡區(qū)萌生，然后隨著變形增大，裂紋沿界面過(guò)渡區(qū)發(fā)展并與水泥硬化砂漿的裂紋連通形成斜向破壞面，普通混凝土的破壞面不會(huì)穿越粗骨料，而是沿著粗骨料表面的界面過(guò)渡區(qū)曲折發(fā)展，破壞面較粗糙。

2 混凝土試件數(shù)值模型驗(yàn)證

為了利用PFC 軟件對(duì)混凝土進(jìn)行細(xì)觀力學(xué)行為分析，必須對(duì)粗骨料、界面過(guò)渡區(qū)、水泥硬化砂漿進(jìn)行數(shù)值化。這就需要對(duì)高鈦重礦渣混凝土試件中的粗骨料進(jìn)行量測(cè)，以便在后續(xù)的模擬分析中根據(jù)已測(cè)得的參數(shù)建模。根據(jù)平板掃描儀高精度掃描照片，利用圖片獲取軟件采集粗骨料分布特征參數(shù)，就能精確的定位粗骨料在混凝土試件中的準(zhǔn)確位置，為軟件建模提供依據(jù)，水泥硬化砂漿與界面過(guò)渡區(qū)也能反應(yīng)在建立的數(shù)值模型中。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1.1 掃描圖像的獲取

切片涂墨后，需要用800 目石膏粉填充空隙，用直尺刮平，并清除沒(méi)有孔洞處的石膏粉，然后才能掃描。掃描照片見(jiàn)圖3。

圖3 混凝土切片F(xiàn)ig.3 Slices of concrete

從高鈦重礦渣混凝土切片細(xì)觀圖中可以發(fā)現(xiàn)，高鈦重礦渣粗骨料內(nèi)部有許多孔洞，會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，但是界面過(guò)渡區(qū)粘結(jié)良好，對(duì)混凝土強(qiáng)度有利；普通石灰石粗骨料內(nèi)部沒(méi)有微孔洞，對(duì)混凝土強(qiáng)度有利，但是界面過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)微裂紋，對(duì)界面過(guò)渡區(qū)粘結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，影響混凝土的宏觀力學(xué)性能。

2.1.2 高鈦重礦渣粗骨料分布特征參數(shù)獲取

根據(jù)平板掃描儀高精度掃描照片，利用圖片數(shù)據(jù)獲取軟件采集粗骨料的幾何信息，主要采集粗骨料在混凝土中的分布特征參數(shù)，這些參數(shù)有粗骨料質(zhì)心、等效直徑、面積和周長(zhǎng)等。為下一步用離散元分析軟件進(jìn)行混凝土力學(xué)分析打下基礎(chǔ)。利用獲得的混凝土粗骨料分布特征參數(shù)，可以在建立數(shù)值模型中精確地定位每個(gè)粗骨料的位置，使得建立的數(shù)值模型與實(shí)際試件盡量相似，減少數(shù)值模擬誤差。

2.2 數(shù)值模型建立

2.2.1 模型生成

高鈦重礦渣中粗骨料形態(tài)差異較大，傳統(tǒng)模擬中把粗骨料用圓球替代模擬的方法并不十分準(zhǔn)確。因此，利用實(shí)際混凝土試件重構(gòu)數(shù)值模擬，生成不同形態(tài)的高鈦重礦渣粗骨料模型對(duì)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性十分必要。利用獲得的混凝土粗骨料分布特征參數(shù)，可以精確地定位每個(gè)粗骨料的分布位置，建立與實(shí)際試件相似的數(shù)值模型，獲取粗骨料分布特征參數(shù)時(shí)認(rèn)為粒徑小于5 mm 的骨料為細(xì)骨料，只考慮粒徑較大的粗骨料對(duì)混凝土的影響。高鈦重礦渣混凝土立方體數(shù)值模型與切片對(duì)比如圖4 所示。

圖4 混凝土的數(shù)值模型與切片對(duì)比Fig.4 Comparison between numerical model and slice of concrete

2.2.2 接觸模型生成

高鈦重礦渣混凝土主要由高鈦重礦渣粗骨料、水泥漿和界面過(guò)渡區(qū)三個(gè)部分組成。在數(shù)值模擬中生成三組接觸，分別代表以上三個(gè)組成部分，如圖5所示：a 代表水泥漿細(xì)觀顆粒間的接觸，b 代表高鈦重礦渣粗骨料細(xì)觀顆粒間的接觸，c 代表界面過(guò)渡區(qū)細(xì)觀顆粒間的接觸。線性平行接觸粘結(jié)模型不僅能夠傳遞力，還能傳遞力矩，可以用于模擬混凝土、巖石等凝結(jié)材料，因此三組接觸均采用線性平行接觸粘結(jié)模型。

圖5 接觸模型Fig.5 Contact model

2.2.3 參數(shù)標(biāo)定

高鈦重礦渣混凝土選取線性平行接觸粘結(jié)模型，通過(guò)與室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn)擬合，選取適當(dāng)?shù)母哜佒氐V渣混凝土細(xì)觀力學(xué)參數(shù)，水泥硬化砂漿、界面過(guò)渡區(qū)和高鈦重礦渣粗骨料的多孔、比表面積大等性能都能用參數(shù)反映。普通石灰石混凝土的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)標(biāo)定和驗(yàn)證方法與高鈦重礦渣混凝土的參數(shù)標(biāo)定方法相同，筆者不再贅述普通石灰石混凝土細(xì)觀參數(shù)如何標(biāo)定，直接給出普通石灰石混凝土細(xì)觀參數(shù)，同樣，普通石灰石混凝土的水泥硬化砂漿、界面過(guò)渡區(qū)和粗骨料的性能也能用參數(shù)反映。高鈦重礦渣混凝土細(xì)觀參數(shù)與普通石灰石混凝土細(xì)觀參數(shù)如表3、4 所示。

表3 高鈦重礦渣混凝土細(xì)觀參數(shù)Table 3 Meso-structure parameters of HTHS concrete

表4 普通石灰石混凝土細(xì)觀參數(shù)Table 4 Meso-structure parameters of normal limestone concrete

如圖6 所示，高鈦重礦渣混凝土試件模擬值與試驗(yàn)值最大抗壓強(qiáng)度能很好吻合，但存在一定誤差，這主要是因?yàn)楹雎粤思虞d板與試件間的摩擦，還做了大量簡(jiǎn)化，比如將三維高鈦重礦渣混凝土試件簡(jiǎn)化為二維數(shù)值試件來(lái)進(jìn)行模擬等。最終高鈦重礦渣混凝土的破壞形態(tài)如圖7 所示，高鈦重礦渣混凝土破壞形態(tài)和數(shù)值模型的破壞形態(tài)差異較小，存在一定的相似性。

圖6 混凝土立方體試件抗壓應(yīng)力應(yīng)變曲線對(duì)比Fig.6 Compressive stress-strain curves of concrete cubic specimen

2.3 驗(yàn)證結(jié)果

對(duì)比高鈦重礦渣混凝土立方體抗壓試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模型分析結(jié)果可見(jiàn)，PFC 離散元軟件的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果能很好吻合。從圖7 可見(jiàn)，加荷階段實(shí)測(cè)立方體抗壓強(qiáng)度略大于模擬抗壓強(qiáng)度，但是破壞時(shí)的實(shí)測(cè)立方體抗壓強(qiáng)度和模擬抗壓強(qiáng)度一致；從圖8 可見(jiàn)，實(shí)際破壞時(shí)產(chǎn)生的裂紋與模擬破壞狀態(tài)產(chǎn)生的裂紋相似。即標(biāo)定的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)能很好的模擬高鈦重礦渣混凝土的破壞形態(tài)，能用PFC 軟件模擬來(lái)分析高鈦重礦渣混凝土的破壞機(jī)理。

圖7 實(shí)際破壞與模擬破壞對(duì)比Fig.7 Comparison between actual and simulated failure

3 混凝土棱柱體破壞數(shù)值模擬

影響混凝土宏觀力學(xué)性能的是硬化混凝土的三種組成成分，即粗骨料、界面過(guò)渡區(qū)與水泥硬化砂漿，標(biāo)定的細(xì)觀參數(shù)能很好的反映三種組成成分的力學(xué)性能，利用標(biāo)定的細(xì)觀參數(shù)與獲取的粗骨料分布特征參數(shù)建立棱柱體試件受壓模型，模擬混凝土棱柱體受壓試驗(yàn)，分析混凝土的破壞現(xiàn)象和原因。

3.1 混凝土棱柱體試件數(shù)值模型

如圖8 所示，圖8（a）為高鈦重礦渣混凝土z-1組中1 號(hào)棱柱體試件數(shù)值模型，命名為z-1-1；圖8（b）為高鈦重礦渣混凝土z-2 組中1 號(hào)棱柱體試件數(shù)值模型，命名為z-2-1；圖8（c）為普通石灰石混凝土s-1 組中1 號(hào)棱柱體試件數(shù)值模型，命名為s-1-1。z-1-1 與z-2-1 兩組試件的配合比相同，粗骨料相同，粗骨料的分布方式不同。

圖8 試件數(shù)值模型Fig.8 Numerical model of specimens

3.2 高鈦重礦渣混凝土模擬結(jié)果

如圖9 所示，在前期加載階段試驗(yàn)值與模擬值存在一定誤差，極限破壞強(qiáng)度基本一致，試件z-1-1的試驗(yàn)破壞強(qiáng)度是36.13 MPa，模擬破壞強(qiáng)度是36.09 MPa；試件z-2-1 的試驗(yàn)破壞強(qiáng)度是34.48 MPa，模擬破壞強(qiáng)度是34.46 MPa。試件z-1-1 與z-2-1 的試驗(yàn)破壞強(qiáng)度相差4.57%，模擬破壞強(qiáng)度相差4.52%。從圖10 可見(jiàn)，試件z-1-1 與z-2-1 破壞形態(tài)相似，破壞后形成的破碎帶都是沿斜向發(fā)展，破碎帶比較平整，但是破碎帶分布的位置不同。以上現(xiàn)象說(shuō)明高鈦重礦渣粗骨料的不同分布方式會(huì)影響破碎帶的位置，但是對(duì)高鈦重礦渣混凝土強(qiáng)度影響不大。

圖9 應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.9 Curves of stress vs strain

圖10 試件破壞模式Fig.10 Failure mode of specimens

從圖11 與圖12 可見(jiàn)，試件z-1-1 與z-2-1 破壞過(guò)程基本一致，破壞時(shí)先在粗骨料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，然后裂紋貫穿粗骨料向硬化水泥砂漿發(fā)展，最后形成貫穿整個(gè)混凝土試件截面的破碎帶，混凝土試件被壓壞。

圖11 試件z-1-1 裂紋發(fā)展Fig.11 Crack development of specimen z-1-1

圖12 試件z-2-1 裂紋發(fā)展Fig.12 Crack development of specimen z-2-1

從數(shù)值模擬結(jié)果來(lái)看，試件z-1-1 與z-2-1 的配合比相同，粗骨料相同，只是粗骨料的分布和排列規(guī)則不同，他們的極限破壞強(qiáng)度相差4.5%，破壞過(guò)程一致，最后的破壞形態(tài)相似，即粗骨料的分布和排列規(guī)則對(duì)混凝土的宏觀力學(xué)性能影響較小。

3.3 石灰石混凝土數(shù)值模擬結(jié)果

如圖13 所示，試件z-1-1 的試驗(yàn)破壞強(qiáng)度是36.13 MPa，模擬破壞強(qiáng)度是36.09 MPa；試件s-1-1的試驗(yàn)破壞強(qiáng)度是29.64 MPa，模擬破壞強(qiáng)度是29.62 MPa。試件z-1-1 與s-1-1 的試驗(yàn)破壞強(qiáng)度相差18.0%，模擬破壞強(qiáng)度相差17.9%。

圖13 試件z-1-1 與s-1-1 應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.13 Stress-strain curves of specimens z-1-1 and s-1-1

從圖10 與圖14 對(duì)比可見(jiàn)，試件z-1-1 與s-1-1破壞形態(tài)有較大差別，s-1-1 破壞后形成的破碎帶比較曲折，破碎面比較粗糙；從圖11 與圖15 對(duì)比可見(jiàn)，試件z-1-1 與s-1-1 破壞過(guò)程不一致，s-1-1 破壞時(shí)界面過(guò)渡區(qū)和水泥硬化砂漿先產(chǎn)生微裂紋，最后界面過(guò)渡區(qū)的裂紋繞過(guò)粗骨料與硬化砂漿中的裂紋相連，形成破碎帶，棱柱體被壓壞。

圖14 試件s-1-1 破壞Fig.14 Failure of specimen s-1-1

圖15 試件s-1-1 裂紋發(fā)展Fig.15 Crack development of specimen s-1-1

從數(shù)值模擬結(jié)果來(lái)看，試件z-1-1 與s-1-1 的粗骨料體積相同，粗骨料不同，試件z-1-1 粗骨料為高鈦重礦渣碎石，試件s-1-1 粗骨料為普通石灰石，它們的極限破壞強(qiáng)度相差18%，相差較大，破壞過(guò)程不同，最后的破壞形態(tài)也不一致，即高鈦重礦渣碎石等體積替代石灰石的混凝土破壞機(jī)理與普通石灰石混凝土破壞機(jī)理不同。

3.4 數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比分析

從數(shù)值模擬細(xì)觀力學(xué)參數(shù)標(biāo)定來(lái)看，高鈦重礦渣混凝土粗骨料細(xì)觀力學(xué)參數(shù)的抗拉強(qiáng)度和粘聚力較小，甚至比水泥硬化砂漿的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)還小，與界面過(guò)渡區(qū)的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)差不多。主要原因是：a:高鈦重礦渣表面粗糙、多孔，比表面積大，界面過(guò)渡區(qū)基本沒(méi)有微裂紋，界面過(guò)渡區(qū)良好。b:高鈦重礦渣內(nèi)部多孔，在混凝土受力時(shí)，孔周會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，削弱了骨料強(qiáng)度。導(dǎo)致在混凝土受力時(shí)，粗骨料內(nèi)部先產(chǎn)生微裂紋，裂紋逐漸向水泥硬化砂漿發(fā)展，產(chǎn)生粗骨料被壓碎，破壞面較平整的破壞現(xiàn)象。

普通石灰石混凝土粗骨料細(xì)觀力學(xué)參數(shù)的抗拉強(qiáng)度和粘聚力較大，甚至比水泥硬化砂漿的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)還大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于界面過(guò)渡區(qū)的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)，界面過(guò)渡區(qū)的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)最小。主要原因是：a:普通石灰石粗骨料內(nèi)部沒(méi)有有害孔洞，粗骨料強(qiáng)度高，且遠(yuǎn)大于界面過(guò)渡區(qū)的粘結(jié)強(qiáng)度。b:普通石灰石表面光滑，與水泥硬化砂漿粘結(jié)強(qiáng)度不良，甚至界面過(guò)渡區(qū)存在微裂紋，在混凝土受力時(shí)，界面過(guò)渡區(qū)的微裂紋會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，削弱了界面過(guò)渡區(qū)強(qiáng)度。導(dǎo)致混凝土受力時(shí)，界面過(guò)渡區(qū)先產(chǎn)生微裂紋，然后裂紋繞過(guò)粗骨料向水泥硬化砂漿發(fā)展，產(chǎn)生粗骨料完好，破壞面曲折的破壞現(xiàn)象。

高鈦重礦渣粗骨料等體積替代石灰石的混凝土表現(xiàn)出來(lái)的宏觀性能較好，它的極限破壞強(qiáng)度比普通石灰石混凝土高18%，主要的原因是粗骨料與水泥硬化砂漿之間粘結(jié)良好，在混凝土受力時(shí)，粗骨料、界面過(guò)渡區(qū)和水泥硬化砂漿產(chǎn)生相互連通的裂紋，高鈦重礦渣碎石的材料性能得到充分利用。

4 結(jié)論

1）利用離散元分析軟件模擬了混凝土試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，標(biāo)定了高鈦重礦渣混凝土與普通石灰石混凝土的細(xì)觀參數(shù)，這些參數(shù)可以為以后相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

2）利用高鈦重礦渣碎石和高鈦重礦渣砂制備的混凝土抗壓強(qiáng)度比普通石灰石混凝土抗壓強(qiáng)度高一級(jí)。高鈦重礦渣混凝土粗骨料表面粗糙，比表面積大，粗骨料與硬化砂漿的界面過(guò)渡區(qū)粘結(jié)性能良好，對(duì)混凝土產(chǎn)生的有利影響高于高鈦重礦渣粗骨料內(nèi)部孔洞對(duì)混凝土產(chǎn)生的不利影響。

3）高鈦重礦渣棱柱體試件受壓破壞面平整，破壞面穿越高鈦重礦渣粗骨料和硬化砂漿。普通混凝土棱柱體試件破壞面沿骨料界面穿越硬化砂漿破壞，破壞面不會(huì)穿越骨料。高鈦重礦渣混凝土界面過(guò)渡區(qū)粘結(jié)良好，傳遞力和力矩的性能較好，普通石灰石混凝土試件界面過(guò)渡區(qū)存在微裂紋，粘結(jié)較差，傳遞力和力矩的性能較弱。

4）高鈦重礦渣粗骨料的不同分布方式會(huì)影響破碎帶的位置，但是對(duì)高鈦重礦渣混凝土的強(qiáng)度影響不大。