摘要
混凝土材料已经大范围的应用于工程中，其主要成分中的细骨料（砂）现在处于紧缺的境况。铅锌尾矿砂是铅锌矿生产所产生的废料，大量的堆积于尾矿库中，此类废砂的回收再利用是一个亟待解决的现实难题。本文将铅锌尾矿砂掺入混凝土中，部分替代细骨料（砂）制备混凝土，从多个方面对铅锌尾矿砂混凝土的静动态劈拉性能进行系统性的研究，同时采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA软件对动态劈拉试验进行数值模拟分析。本文的主要内容和结论如下： （1）对立方体试件、棱柱体试件和圆盘试件进行静态力学性能试验，得到混凝土的强度随铅锌尾矿砂掺量的变化情况。试验结果显示：混凝土的多种静态力学强度皆是随铅锌尾矿砂掺量的增加呈先增大后降低的趋势，当铅锌尾矿砂掺入比例为40%时，混凝土静态力学强度达到最大值，相关性能表现良好；但不同龄期下的混凝土力学强度在不同掺入比例时却呈现出一定的差异性。 （2）采用直径100mm的霍普金森杆装置对掺有不同铅锌尾矿砂含量的混凝土圆盘试件进行不同冲击气压下的动态劈拉试验。采取一些措施确保试验的准确性，利用超动态数据采集设备采集得到应变的波形图，采用“三波法”对波形数据进行处理及计算，得到掺有铅锌尾矿砂混凝土的应力、应变以及应变率等相关数据。 （3）对铅锌尾矿砂混凝土的应力应变等数据进行处理分析，在应力应变曲线变化趋势、动态放大系数（DIF）、掺量对动态劈拉强度的影响以及劈裂面破坏状况方面与普通混凝土进行了对比分析。结果显示：不同掺量的铅锌尾矿砂混凝土应力应变曲线上升段的趋势较陡峭，而下降段显得较平缓；动态劈拉强度和DIF值皆是随应变率的增大而增大，呈现出明显的应变率相关性，但不同铅锌尾矿砂掺量混凝土动态劈拉强度值和DIF值增大幅度呈现差异性；较低应变率时试件劈裂成两个半块，当应变率达到较高应变率时，试件劈裂成多个块体并且试件的裂缝宽度逐渐变大，最终在劈裂面形成较大的贯穿裂缝。 （4）利用ANSYS/LS-DYNA和LS-Prepost软件建立动态劈拉试验的有限元模型，采用MAT-BRITTLE-DAMAGE模型对铅锌尾矿砂混凝土动态劈拉试验进行数值模拟，得到不同撞击速度下的应力应变曲线以及劈裂破坏样式，在与实际动态劈拉试验进行比较分析后发现：数值模拟得到的应力应变曲线与实际动态劈拉试验的应力应变曲线曲线吻合度较高，所选取的MAT-BRITTLE-DAMAGE模型参数合理，符合实际动态试验条件；数值模拟得到的混凝土劈裂面破坏形态与实际动态试验的相似度较高，很好的再现混凝土试件动态劈拉的破坏状况。
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