橡胶自密实混凝土的基本力学性能试验研究-小

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1、橡胶自密实混凝土的基本力学性能试验研究摘要：本文主要研究了橡胶自密实混凝土的基本力学性能。试验选取了40目橡胶粉、0-4mm橡胶粒和4-10mm橡胶粒分别按骨料体积的0%、10%、20%和30%掺入混凝土，以研究不同橡胶粒径、不同掺量以及NaOH溶液预处理方式对自密实混凝土的基本力学性能的影响。以双K断裂模型为基本理论依据，对本文的72个三点弯曲梁试件进行断裂试验，计算其起裂韧度和失稳断裂韧度来评价橡胶自密实混凝土的裂缝扩展过程。关键词：橡胶自密实混凝土、基本力学性能、三点弯曲、断裂能1.1研究背景历史上，土木和桥

2、梁工程发生过众多低应力脆断事故，研究发现导致这种低应力脆断的主要原因是混凝土结构存在着随机分布的不可避免的裂缝和缺陷，由于荷载和外界条件的影响，这些裂缝和缺陷急剧扩展，最终导致结果脆性断裂，同时裂缝还会为腐蚀介质的入侵提供通道，使结构的耐久性及适用寿命减短，由此可见裂缝是影响混凝土质量和耐久性的重要原因，如何有效地控制这些裂缝的产生和扩展是目前亟待解决的混凝土结构耐久性的关键问题之一。目前常见的控制裂缝的方法在材料方面有减少水泥用量，添加外加剂或纤维；在结构方面采用钢板、FRP材料、纤维增强水泥基复合材料等抗拉强度

3、较高、韧性较好的材料对已有裂缝的混凝土结构进行加固。普通的混凝土作为一种脆性材料，在小变形情况下也会产生破坏，破坏时产生的能量是弹性能，而对于韧性材料，破坏时产生的大部分能量都是塑性能，因此可以通过添加韧性材料来增加混凝土塑性能的方法使混凝土的韧性得到提高。废旧橡胶是一种工业聚合物固体废弃物，其数量在废旧高分子材料中仅次于废旧塑料而位居第二。废旧橡胶的主要来源有轮胎、胶管、胶带和工业橡胶制品等，其中又以废旧轮胎数量为最多。据统计，单美国近几年每年产生的废弃轮胎高达2.9亿条，无法循环利用而堆积的有2.57亿条，堆积

4、如山的轮胎不仅占用土地，而且极易滋生蚊子，引发传染疾病，造成火灾等［1］。随着我国汽车工业的迅猛发展，我国已成为世界第一橡胶消费大国，废旧橡胶轮胎急剧增加，如果可以合理回收利用废旧橡胶，可以减少对环境的污染，具有重大意义。作为再生资源回收利用的方式之一，将废旧轮胎橡胶应用于混凝土引起了国内外学者的关注和研究，本文基于三点弯曲梁试验，以双K断裂模型为基本理论依据，研究橡胶自密实混凝土的基本断裂特性。1.2双K断裂模型断裂参数的计算公式双K断裂参数和是根据大型尺寸的混凝土断裂试验测定的，它要求测出混凝土断裂失稳前的裂缝

5、稳定扩展阶段的裂缝扩展长度、起裂荷载，这在普通试验室内是难以做到的，但是对于任何有裂缝的结构，可以借助解析解和有限元等相关的数值方法求出裂缝前段的应力强度因子K，再根据双K断裂准则来判断该裂缝是出于起裂阶段、还是稳定扩展阶段或失稳状态。1.2.1混凝土有效裂缝长度的确定混凝土是介于脆性和塑性之间的一种准脆性材料，在裂缝失稳断裂之前裂缝存在稳定扩展阶段，裂缝于此阶段稳定扩展长度为，因此，混凝土有效裂缝长度：(1-1)根据线性渐进叠加假定，裂缝扩展过程中裂缝张口位移和荷载遵循LEFM的关系如下［2］:(1-2)公式中：

6、——相对裂缝长度，为夹式引申仪的刀口厚度（mm）；——对应的裂缝开口位移,——峰值荷载（N）,——试件的宽度（mm）——试件的高度（mm）,——混凝土的弹性模量（Gpa）。对于的标准三点弯曲梁：(1-3)根据试验中测得的极限荷载以及对应的，通过上述公式(1-2)、(1-3)便可以求等效裂缝长度-8-,实际上的求解是一个六次方程，这在实际工程应用中有很多不便，因此提出了下面的经验公式［3］：(1-4)1.2.2断裂韧度的计算（1）起裂韧度：表示的是结构材料在裂缝开展前抵抗外力的能力对于混凝土裂缝的起裂阶段，起裂韧度由

7、初始裂缝长度和起裂荷载这两个参数确定，虽然初始裂缝长度为已知量，当时起裂荷载却不容易确定，它可以通过激光散斑、光弹贴片、应变测试以及声发射技术直接读取，也可以从试验记录曲线上找到非线性起点的值作为，但是实际操作时并非易事,试验曲线在不同显示图幅下或者即使相同图幅下不同的数据处理人员都可能读出不同的值。（2）失稳断裂韧度：表示的是裂缝处于临界状态时结构材料抵抗外力能力失稳断裂韧度对应的两个参数是临界有效裂缝长度ac和极限荷载。对于三点弯曲梁而言，失稳断裂韧度由于荷载在裂缝尖端引起的应力强度因子）表达式子为［4］：(1

8、-5)。对于的三点弯曲梁：(1-6)（3）黏聚韧度混凝土半脆性材料，裂缝在稳定扩展阶段时裂缝尖端存在着黏聚力σ，此黏聚力在裂缝稳定扩展阶段尚可以阻止裂纹的扩展，由黏聚力σ引起的黏聚韧度（由黏聚力σ引起的裂缝尖端强度因子,）为［5］：(1-7)其中：（1-8）(1-9)(1-10)(1-11)根据三参数定律：，因此可以通过试验数据计算得出起裂韧度和失稳断裂韧度