橡膠仿真混凝土及其塑性的調(diào)節(jié)模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料改進技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及改善仿真混凝土塑性。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)動力破壞模型試驗不僅是了解大型混凝土結(jié)構(gòu)非線性動力響應與地震破壞 形態(tài)的重要手段，也是驗數(shù)值分析正確與否的方法對于大型混凝土結(jié)構(gòu)的大縮尺動力破壞 模型試驗，要求仿真模型材料要有低強度或者高密度的特點，并且要保證其物理力學特性 與普通混凝土相似。這使得研究混凝土仿真材料各項力學參數(shù)及性能成為一個新的研究領(lǐng) 域。對于仿真混凝土的彈模、抗壓強度、抗拉強度、本構(gòu)關(guān)系等基本性能的研究已有文獻作 過詳細闡述。仿真混凝土采用與普通混凝土材料近似的配方，放著混凝土的粗骨料尺寸比 普通混凝土的粗骨料尺寸小許多，造成骨料與水泥砂漿的接觸面較普通混凝土大得多；另 外，仿真混凝土中水泥含量比普通混凝土水泥含量低，使水泥砂漿自身的強度及其與骨料 問的黏結(jié)力較低。基于這兩方面因素，外力作用下仿真混凝土黏結(jié)裂縫的發(fā)展較普通混凝 土快，并與水泥砂漿內(nèi)部裂縫相互貫通，從而導致仿真混凝土應力-應變曲線下降段較陡， 脆性比普通混凝土大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了改善仿真混凝土塑性的一種方法。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：采用細橡膠顆粒取代仿真混凝土中一定體積的骨料成分來制 成橡膠仿真混凝土，通過測試它們的物理力學性能，觀察細橡膠顆粒對仿真混凝土脆性的 改善情況。仿真混凝土配合比見表1。
[0004] 表1基準仿真混凝土（EC)及橡膠仿真混凝土的配合比：
[0005] %
[0006]
[0007] 橡膠仿真混凝土，水泥采用32. 5MPa普通硅酸鹽水泥；礦石粉、重晶粉、重晶石砂 的粒徑為按照幾何相似比尺換算成普通混凝土骨料粒徑，0. 05~2. 0_，顆粒級配屬于級 配II區(qū)；橡膠顆粒粒徑為I. 45-1. 55m的運動場軟橡膠顆粒；用橡膠顆粒取代基準仿真混凝 土中的部分粗細骨料，其取代骨料的體積分數(shù)為20 %，25 %，30 %及35 %。
[0008] 橡膠仿真混凝土塑性的調(diào)節(jié)模擬方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟一，按照表的配方制備五種不同配比的橡膠仿真混凝土：水泥采用32. 5MPa 普通硅酸鹽水泥；礦石粉、重晶粉、重晶石砂的粒徑為按照幾何相似比尺換算成普通混凝土 骨料粒徑，0. 05~2. 0mm，顆粒級配屬于級配II區(qū)；橡膠顆粒：粒徑為I. 45-1. 55m的運動場 軟橡膠顆粒；橡膠仿真混凝土是用橡膠顆粒取代基準仿真混凝土中的部分骨料制成，其取 代骨料的體積分數(shù)為20 %，25 %，30 %及35 %，分別記為XC-20，XC-25，XC-30及XC-35四種 橡膠仿真混凝土；
[0010] 步驟二，試件制備：每一種橡膠仿真混凝土制備尺寸為IOOmmX IOOmmX IOOmm的 立方體單軸壓縮標準試件30個，用于單軸壓縮試驗；每一種橡膠仿真混凝土制備中間邊長 為70mm，兩端逐漸過渡到邊長為IOOmm的標準啞鈴型單軸拉伸試件30個，這種試件中間試 驗部分高度100mm，總高度200mm用于單軸拉伸試驗；每一種橡膠仿真混凝土制備尺寸為 100_X 100_X 515mm的長方體標準試件30個用于四點彎曲試驗；
[0011] 步驟三，試件養(yǎng)護：各種試件平均養(yǎng)護溫度20°c，相對濕度60%左右，養(yǎng)護齡期 24h ；
[0012] 步驟四橡膠仿真混凝土塑性的調(diào)節(jié)模擬：
[0013] 對每一種橡膠仿真混凝土所有試件進行各自的試驗，比較四種不同橡膠仿真混凝 土試件的彈性模量、抗壓強度、抗壓峰值應變、抗拉強度、抗拉峰值應變、彎曲抗拉強度、四 點最大撓度；再與基準仿真混凝土相比較，找出橡膠顆粒含量的最佳區(qū)間。
[0014] 得出橡膠仿真混凝土的彈性模量、抗壓強度隨著橡膠顆粒體積分數(shù)的增加有不同 程度降低，抗壓峰值應變有所增大，抗拉強度、抗拉峰值應變及四點彎曲最大撓度則均有所 增加；應該指出的是，橡膠仿真混凝土的變形能力及抗拉強度并不總是隨著橡膠顆粒含量 的增加而增加，而是存在一個最佳值。橡膠顆粒含量超過該值后不僅彈性模量、抗壓強度的 降低會更明顯，抗拉峰值應變也會減小。其他學者對常態(tài)橡膠混凝土的研究也得出相同結(jié) 論。本次研究發(fā)現(xiàn)最佳值應該為25% -30%范圍內(nèi)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于，（1)與基準仿真混凝土相比，橡膠仿真混凝土的彈模、抗 壓強度有所降低，抗壓及抗拉峰值應變、四點彎曲最大撓度都明顯增加，但橡膠仿真混凝土 的抗拉強度比基準仿真混凝土有所提高。（2)橡膠仿真混凝土破壞時表現(xiàn)出明顯的延性特 征，加載過程中產(chǎn)生顯著的塑性變形，說明其較基準仿真混凝土的變形協(xié)調(diào)能力大多。橡膠 仿真混凝土的塑性并不總是隨著橡膠顆粒含量的增加而增加，而是存在一個最佳值，超過 或低于該值不但材料彈性模量會降低得更多，抗拉、抗壓峰值應變也會減小。（3)本文提出 的這種方法能使仿真混凝土的脆性得到良好的改善，使仿真混凝土的本構(gòu)關(guān)系、破壞形態(tài) 及物理特性都能更相似于普通混凝土。將此種方法應用于仿真模型動力破壞試驗時，能夠 更好地反映出混凝土原型結(jié)構(gòu)動力破壞時的真實情況，并且生產(chǎn)這種仿真模型材料的方法 簡單，便于操作，安全無污染。
[0016] 本發(fā)明對以后仿真混凝土材料廣泛應用于模型試驗及工程實際具有重要的現(xiàn)實 意義?；鶞史抡婊炷翍?應變曲線下降段較陡，脆性比普通混凝土大。通過添加橡膠， 仿真混凝土的脆性得到了改善。
【具體實施方式】
[0017] 1.試驗研究
[0018] 1.1原材料及配合比
[0019] 水泥：32. 5MPa(抗壓強度）普通硅酸鹽水泥；礦石粉、重晶粉、重晶石砂的粒徑為 按照幾何相似比尺換算成普通混凝土骨料粒徑，0. 05~2. 0_，顆粒級配屬于級配II區(qū)；橡 膠顆粒：粒徑為1. 45-1. 55m的運動場軟橡膠顆粒。橡膠仿真混凝土是用橡膠顆粒取代基準 仿真混凝土中的部分骨料制成，其取代骨料的體積分數(shù)為20 %，25 %，30 %及35 %，分別記 為 XC-20, XC-25, XC-30 及 XC-35 (見表 1)。
[0020] 1. 2試驗方法
[0021] 采用尺寸為IOOmmX IOOmmX IOOmm的立方體標準試件做單軸壓縮試驗；采用 中間邊長為70mm，兩端逐漸過渡到邊長為IOOmm的正方形（即標準啞鈴型試件），其中 間試驗部分高度100mm，總高度200mm的標準啞鈴型試件做單軸拉伸試驗；采用尺寸為 IOOmmX IOOmmX 515mm的長方體標準試件做四點彎曲試驗。試驗時平均養(yǎng)護溫度20°C，相 對濕度60%左右，養(yǎng)護齡期24h。單軸抗壓、抗拉試驗加載速率分別為0. 6,0. 06mm/min。由 于仿真混凝土材料的彈性模量和強度都比普通混凝土低1~2個數(shù)級，因此加載設(shè)備采用 SANS牌I-IOt型萬能試驗機，根據(jù)試驗需要，加載裝置可以自行更換。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用 SANS試驗機自帶軟件，采集速度可達104次/s，確保了試驗過程中記錄數(shù)據(jù)的準確性。