[发明专利]一种基于随机多边形骨料的再生混凝土细观模型构建方法

说明书

本发明提供一种基于随机多边形骨料的再生混凝土细观模型构建方法，将再生混凝土细化为由六相材料组成的复杂均质性材料，六相材料分别为：骨料、老砂浆、新砂浆、骨料和老砂浆之间的第一老界面过渡区、老砂浆与新砂浆之间的第二老界面过渡区、骨料与新砂浆之间的新界面过渡区，并且通过面平移的方法构建了不同的界面过渡区，所得模型更接近实际的再生混凝土试块，采用本发明的模型能更进一步的从细观层次上对再生混凝土损伤破坏过程进行研究。

技术领域

本发明涉及混凝土研究领域，具体为一种基于随机多边形骨料的再生混凝土细观模型构建方法。

背景技术

随着社会进程的加快，新建房屋道路桥梁等建筑物消耗大量的混凝土，与此同时，老旧建筑物的拆除、不可抗力等因素的影响，使产生的废弃混凝土持续增加，建筑垃圾既污染水源，又消耗了很多的处理成本。因此，废弃混凝土的再生利用，是我国建筑资源的可持续发展的关键研究方向。

再生混凝土是比混凝土更加复杂的多相复合材料，很多学者对再生混凝土做了一系列的宏观试验，刘光廷等人设计了一系列的试验，得到了混凝土界面区的抗拉强度和弹性模量。周静海等人通过力学性能试验及扫描电镜(SEM)从多尺度角度研究了再生粗骨料和废弃纤维的掺入对废弃纤维再生混凝土强度性能的影响情况。王国林通过试验研究了再生骨料取代率对再生混凝土宏观力学性能的影响。骆行文等通过加载循环动荷载研究了再生混凝土在循环荷载下的宏观变形规律和发展规律。综上所述，有关混凝土骨料与硬化水泥砂浆的力学特性已有相关试验数据可供参考，但针对水泥砂浆与骨料之间界面过渡区的力学特性的试验研究、内部裂缝的发展过程等方面的研究较少。

上述实验研究，在试验中常假设再生混凝土试件是均匀材料，忽略其中各相材料弹性模量以及强度性能的差异，得到的结果能满足一般的工程要求，但得到的数据只能体现再生混凝土的平均力学效能。为了进一步了解混凝土材料的性能，应从细观层次将再生混凝土看作复合材料，研究各相材料对其性能的影响，从而更精细的了解再生混凝土的损伤破坏过程，可为进一步改善再生混凝土的性能提供依据。国内外学者对于细观层次的混凝土也有一定的研究，主要采用MATLAB、PYTHON、FORTRAN、C语言等和ANSYS、COMSOL、ABAQUS等有限元分析软件进行随机骨料模型的构建，如：郑建军构建连续介质离散为由杆单元和梁单元联结形成的格构模型建立五相复合圆模型，得到了混凝土宏观弹性模量；高政国等人以面积法为入侵判断准则生成了随机凸多边形骨料模型；吕钊等人基于MATLAB语言建立了圆形、椭圆形、多边形骨料模型。但是以上研究尚未考虑不同的界面区，生成的二维随机模型仍存在一定的局限性。基于学者们的研究，计算机模拟确实减少了试验过程中所带来的偶然误差，但大多数学者基本都是建立了二相、三相、四相、五相材料模型，若将再生混凝土看作由六相材料组成的复合材料，能更进一步的从细观层次上对再生混凝土损伤破坏过程有一定的研究。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于随机多边形骨料的再生混凝土细观模型构建方法，将再生混凝土细化为由六相材料组成的复杂均质性材料，构建不同的界面过渡区，所得模型更接近实际的再生混凝土试块。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于随机多边形骨料的再生混凝土细观模型构建方法，包括：

步骤1，在预设的多边形骨料投放边界内随机生成多个多边形骨料；

步骤2，遍历多边形骨料，运用缩放比例原理对当前多边形骨料进行面平移得到第一同心多边形，对第一同心多边形进行面平移得到第二同心多边形，对第二同心多边形进行面平移得到第三同心多边形，直到满足预设的再生骨料的取代率遍历停止；满足预设的取代率后，对未遍历到的剩余的多边形骨料进行面平移得到第四同心多边形；其中，第一同心多边形与相应多边形骨料之间的部分作为第一老界面过渡区；第二同心多边形与相应第一同心多边形之间的部分作为骨料外包裹的老砂浆；第三同心多边形与相应第二同心多边形之间的部分作为第二老界面过渡区；第四同心多边形与相应多边形骨料之间的部分作为新界面过渡区；