混凝土受压过程磁场效应的试验研究

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1、张功义等：混凝土受压过程磁场效应的试验研究混凝土受压过程磁场效应的试验研究张功义，张军，陈驹(浙江大学结构工程研究所，浙江杭州310058】【摘要】将钕铁硼磁芯埋入含磁铁矿粉混凝土中，在其周围产生磁场。借助断裂使试件导磁回路与磁场发生改变，进行单调加载与循环加卸载过程中应力、应变和磁场三变量测试。研究结果表明：试件裂隙变化能够引起磁场的改变，应力一应变一磁场存在一一对应的数值关系；达到最大应力前，混凝土试件周围磁场出现增大异常的破坏预兆；在试件裂解破坏阶段，应力一应变曲线与磁场一应变曲线的变化规律具有明确

2、的反对称性。循环加卸载过程中，在初始段磁场上升的幅度较大，而后曲线几乎以不变的速率上升。卸载过程中，曲线没有沿原路径恢复，卸载曲线位于加载曲线的上部。曲线形态与试件的应力水平有一定的关系。在实际大型结构构件中，可通过预埋磁芯进行在线监测，预测大型结构构件裂缝和倒塌。【关键词】磁芯混凝土；单调加载；循环加卸载；应力一应变一磁场曲线；在线监测；破坏预兆【中图分类号】TU528．07【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)05—0001～03岩石的破裂常伴随着磁性质的变化，如在花岗闪要包括带有

3、磁芯的立方体混凝土试样、美国INSTRON长岩样品中部钻小孔并填人高效无声破碎剂产生压一8805四立柱电液伺服疲劳试验机测量轴向压力、电力，在引导孔方向上产生裂缝并扩展直致岩样破裂，观阻应变仪测量轴向应变、APS428D型磁通门磁力仪2测岩石受压过程中产生的超低频段磁场信号⋯；在单台观测磁场信号、ZTIC动态数据采集卡实时采集应轴压力下利用置于岩样周围具有不同频响特征的磁力、应变和磁场数据并保存到计算机中。天线，观测ULF和LF频段电磁前兆信号，研究其特征与机理，其中ULF磁信号主要由压磁效应产生；Rev

4、ol等利用超导磁力仪对三块样品进行测试，发现岩石受压后在开始膨胀及接近破裂阶段，剩磁的特征性变化有可能用于预报地震。岩石的剩余磁化强度随压力的变化研究要注意压力与裂隙的变化关系，在低压时主要反映原有微裂隙的闭合，而高压时与新裂隙的生成有关HJ。郝锦绮等进行压力下岩石微破裂发展过程，岩石磁性的相对变化实验，同时进行轴向、横向应变、体应变、岩石剩磁及声发射的测量。文中进行模拟试验，在混凝土掺人磁铁矿粉以改变其磁导率，植入钕铁硼磁芯作为外部磁源。研究含磁芯混凝土试件在单调加载过程中，微破裂发展、扩容直至宏观破裂

5、的各阶段中应力、应变、磁场等物理量相应的动态变化特征。研究处于不同应力水平的含磁芯混凝土在循环加卸载过程中形成的应力一应变一磁图l试验系统框图场滞回曲线的演化规律。(3)加载制度。采用INSTRON一8805四立柱电1试验与方法液伺服疲劳试验机对混凝土立方体试件进行加载，控(1)材料选配。选择磁铁矿粉作为改变混凝土制加载速率以获得裂隙充分发育扩张的破坏模式。上磁导率的添加剂，选择直径20mm，厚度5mm圆片钕铁升段采用荷载控制，设置加载速率为0．5kN／s，在荷载硼磁芯作为磁源，混凝土强度等级选取C30，

6、试件尺寸达到预估轴压峰值荷载的80％时改为位移控制，设置为边长100mmI立方体，混凝土试件浇筑时分别预埋4下降段的加载速率为0．005mm／s-81。当试件最大应—6个磁芯，中心点埋入深度为50mm。变达10000￡左右时或荷载减小至峰值荷载的10％(2)试验系统。试验系统组成如图1所示，主左右时结束试验。[基金项目]国家自然科学基金(51278459)2低温建筑技术2014年第5期(总第191期)循环加卸载试验的操作方法与单调加载试验相的模拟试验，以确定加载过程中环境磁场的变化大小。类似。应力、应变和

7、磁场量测方法与单调荷载试验相试验开始前，对试验环境的背景磁场进行测量，需要在同。单轴循环加卸载速率为2．0kN／s，每次加卸载循数据处理中加以扣除。为了检验加载速率对磁场的影环时加荷的最大值相同，细分为2个应力水平，分别为响，对不带磁芯试件，按带磁芯试件加载速度进行了压单轴抗压强度的60％和90％，然后以同样的速率卸载缩试验，测试结果表明在整个压缩过程中，磁场受加载至0，循环次数均为10次。速度影响产生的波动较小。(4)磁测方法。为了寻找到适宜进行磁场测试2试验结果与分析的敏感位置，采用APS428D磁通

8、式磁力仪离线测量(1)单调加载试验结果。混凝土单轴压缩破坏带磁芯混凝土试件周围磁场分布，测试间隔为5mm，全过程中取得的典型应力一应变曲线和磁场一应变结果如图2和3所示。由图可知，当磁通门探头距离曲线如图4所示。磁芯试件较近时，磁场数据变化梯度大，数据稳定性不易得到保证；而当距离远时，磁场数据又迅速变得平缓，带来测试敏感性低的问题。因此，需按磁场变化梯度来划分适合测量的磁场敏感区间，即水平方向选取0宣磁场变化梯度50．6～15