基于细观力学的大掺量橡胶混凝土断裂全过程分析
发布时间：2021-06-13 18:28
橡胶混凝土具有优越的抗冲耐磨性能,同时能较好地解决废弃橡胶制品回收难题,在水利工程中具有良好的应用前景。但是,随着橡胶的大量掺入,混凝土抗压强度等宏观力学性能有着明显下降,断裂破坏机理较普通混凝土更为复杂。本文采用细观力学方法,建立基于真实微观结构的橡胶混凝土断裂数值模型,模拟大掺量橡胶混凝土断裂过程区演变过程,分析其断裂机理。主要工作内容和结论如下:（1）采用微观试验方法和图像分析相关技术,研究了大掺量橡胶混凝土界面微观结构,定量分析了大掺量橡胶混凝土初始损伤。结果表明:橡胶与砂浆界面处的裂纹显著大于粗骨料与砂浆界面处的裂纹,橡胶颗粒界面周围几乎完全与砂浆基体脱离;不同橡胶掺量下的橡胶-砂浆界面微裂纹长度未显示明显区别;随橡胶掺量的增加,粗骨料-砂浆界面处微裂纹数目减少,但其裂纹平均长度变化差距较小;随橡胶掺量的增加,橡胶混凝土孔隙含量随之增大。（2）建立了橡胶混凝土细观数值模型。基于微观结构试验结果,将橡胶混凝土看作由砂浆基体、粗骨料、橡胶颗粒、界面和初始缺陷组成的多相复合材料,建立了考虑真实结构的橡胶混凝土细观数值模型,模拟了不同橡胶掺量下混凝土立方体抗压和劈裂抗拉试验,结果表明...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
橡胶掺量对混凝土抗冲磨强度的影响
2大掺量橡胶混凝土界面微观结构13石的保护作用[76,81]。因此，结合本文已有文献橡胶掺量对抗冲磨强度影响的结果整理，橡胶颗粒对混凝土抗冲磨强度的提升随橡胶掺量的增加逐渐增加，但在橡胶掺量达到30%时提高程度呈现平缓的趋势。2.3橡胶混凝土界面微观结构试验本文基于前述结果探究，进一步对普通混凝土、10%低掺量橡胶混凝土及30%大掺量橡胶混凝土进行界面微观结构试验，探究橡胶掺入后微观结构的特殊形貌特征，确定其界面微裂纹数量及孔隙含量同普通混凝土、低掺量橡胶混凝土的变化情况，获取界面微观定量参数，从而为后续橡胶混凝土数值模型建立及材料参数确定提供相应依据。2.3.1原材料及配合比设计试验采用山东鲁城水泥有限公司生产的标号为P.I42.5的硅酸盐水泥；粗骨料为石灰岩碎石，5-20mm连续级配，由粒径5-10mm的小石子和粒径10-20mm的大石子以3：7比例混合；细骨料是天然河沙，细度模数为2.94，最大粒径为4mm；橡胶颗粒的粒径为3-6mm，表观密度为1119kg/m3，形状如图2.2所示，不同橡胶掺量以等体积代砂的方式掺入到混凝土中。试验所用不同试块配合比如表2.1所示。图2.2橡胶颗粒形状
2大掺量橡胶混凝土界面微观结构14表2.1试验配合比试件种类试件编号橡胶掺量/%水灰比试件配合比/（kg/m3）水水泥砂小石子大石子橡胶颗粒橡胶混凝土C-000.431854306433437990R-10100.4318543057934379926R-30300.43185430450343799802.3.2试样制备微观结构试验通过对比大掺量橡胶混凝土橡胶界面及骨料界面微观结构的差异，从微观角度解释橡胶掺入后对混凝土宏观性能的影响，基于此进行后续数值模型的建立，并进一步确定橡胶混凝土界面初始缺陷的微观定量参数，为建立的橡胶混凝土数值模型提供材料参数。应用于微观结构定量分析试样的制备主要包括：（1）切割；（2）打磨；（3）清洗；（4）干燥；（5）真空浸渍；（6）二次打磨；（7）扫描。（1）切割参照《水工混凝土试验规范》（SL352-2006），应用前述所示原材料及配合比设计浇筑成形100mm×100mm×100mm的不同掺量下的橡胶混凝土立方体试件，试块拆模后放置在标准养护室内标准养护28天。待试块养护达到要求龄期后，进行橡胶混凝土试件切割，为尽可能减小试件端部及操作过程对橡胶混凝土内部微观结构及初始缺陷观测结果的影响，操作过程中从橡胶混凝土试件中部切割出100mm×100mm×15mm的切片，试验所用切割机如图2.3所示。图2.3橡胶混凝土微观结构试验切割机
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DIC方法的混凝土允许损伤尺度试验研究[J]. 卿龙邦,曹国瑞,管俊峰. 工程力学. 2019(10)
[2]基于边界效应理论确定热轧碳素钢的韧度与强度[J]. 管俊峰,谢超鹏,HU Xiao zhi,姚贤华,白卫峰. 工程力学. 2019(03)
[3]橡胶粒径与掺量对砂浆力学性能影响的试验研究[J]. 马海彬,胡凡,马晴晴,董大鹏. 科学技术与工程. 2019(04)
[4]由小尺寸试件确定混凝土的断裂韧度与拉伸强度[J]. 管俊峰,姚贤华,白卫峰,陈记豪,付金伟. 工程力学. 2019(01)
[5]橡胶混凝土断裂性能试验研究[J]. 曹国瑞,王娟,卿龙邦,杨朝霞,姜军. 土木建筑与环境工程. 2018(06)
[6]橡胶混凝土抗冲磨性能试验研究[J]. 袁群,李晓旭,冯凌云,曹宏亮. 长江科学院院报. 2018(07)
[7]高抗冲磨橡胶混凝土在前坪水库导流洞的应用[J]. 罗福生,郝二峰,历从实,冯凌云,皇甫泽华. 治淮. 2018(04)
[8]掺纤维抗冲磨混凝土性能试验研究[J]. 邓中正,杨华全,肖开涛. 混凝土. 2017(04)
[9]岩基-橡胶集料混凝土抗剪性能试验研究[J]. 郑茂海,刘玲,王可良. 混凝土世界. 2017(04)
[10]界面初始缺陷对混凝土单轴抗拉强度的影响[J]. 王娟,管巧艳,孔宇田,余闪闪. 水利水电科技进展. 2016(05)
硕士论文
[1]橡胶混凝土抗冲磨、抗冲击性能的研究[D]. 汪武威.郑州大学 2017
[2]钢纤维改性橡胶混凝土断裂性能试验研究[D]. 颜扬.浙江工业大学 2016
[3]机场道面橡胶改性再生骨料混疑土抗弯疲劳性能试验研究[D]. 宁国芳.广东工业大学 2014
[4]橡胶混凝土路面材料断裂性能的试验研究[D]. 郭壮.广东工业大学 2014
本文编号：3228082
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
橡胶掺量对混凝土抗冲磨强度的影响
2大掺量橡胶混凝土界面微观结构13石的保护作用[76,81]。因此，结合本文已有文献橡胶掺量对抗冲磨强度影响的结果整理，橡胶颗粒对混凝土抗冲磨强度的提升随橡胶掺量的增加逐渐增加，但在橡胶掺量达到30%时提高程度呈现平缓的趋势。2.3橡胶混凝土界面微观结构试验本文基于前述结果探究，进一步对普通混凝土、10%低掺量橡胶混凝土及30%大掺量橡胶混凝土进行界面微观结构试验，探究橡胶掺入后微观结构的特殊形貌特征，确定其界面微裂纹数量及孔隙含量同普通混凝土、低掺量橡胶混凝土的变化情况，获取界面微观定量参数，从而为后续橡胶混凝土数值模型建立及材料参数确定提供相应依据。2.3.1原材料及配合比设计试验采用山东鲁城水泥有限公司生产的标号为P.I42.5的硅酸盐水泥；粗骨料为石灰岩碎石，5-20mm连续级配，由粒径5-10mm的小石子和粒径10-20mm的大石子以3：7比例混合；细骨料是天然河沙，细度模数为2.94，最大粒径为4mm；橡胶颗粒的粒径为3-6mm，表观密度为1119kg/m3，形状如图2.2所示，不同橡胶掺量以等体积代砂的方式掺入到混凝土中。试验所用不同试块配合比如表2.1所示。图2.2橡胶颗粒形状
2大掺量橡胶混凝土界面微观结构14表2.1试验配合比试件种类试件编号橡胶掺量/%水灰比试件配合比/（kg/m3）水水泥砂小石子大石子橡胶颗粒橡胶混凝土C-000.431854306433437990R-10100.4318543057934379926R-30300.43185430450343799802.3.2试样制备微观结构试验通过对比大掺量橡胶混凝土橡胶界面及骨料界面微观结构的差异，从微观角度解释橡胶掺入后对混凝土宏观性能的影响，基于此进行后续数值模型的建立，并进一步确定橡胶混凝土界面初始缺陷的微观定量参数，为建立的橡胶混凝土数值模型提供材料参数。应用于微观结构定量分析试样的制备主要包括：（1）切割；（2）打磨；（3）清洗；（4）干燥；（5）真空浸渍；（6）二次打磨；（7）扫描。（1）切割参照《水工混凝土试验规范》（SL352-2006），应用前述所示原材料及配合比设计浇筑成形100mm×100mm×100mm的不同掺量下的橡胶混凝土立方体试件，试块拆模后放置在标准养护室内标准养护28天。待试块养护达到要求龄期后，进行橡胶混凝土试件切割，为尽可能减小试件端部及操作过程对橡胶混凝土内部微观结构及初始缺陷观测结果的影响，操作过程中从橡胶混凝土试件中部切割出100mm×100mm×15mm的切片，试验所用切割机如图2.3所示。图2.3橡胶混凝土微观结构试验切割机
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DIC方法的混凝土允许损伤尺度试验研究[J]. 卿龙邦,曹国瑞,管俊峰. 工程力学. 2019(10)
[2]基于边界效应理论确定热轧碳素钢的韧度与强度[J]. 管俊峰,谢超鹏,HU Xiao zhi,姚贤华,白卫峰. 工程力学. 2019(03)
[3]橡胶粒径与掺量对砂浆力学性能影响的试验研究[J]. 马海彬,胡凡,马晴晴,董大鹏. 科学技术与工程. 2019(04)
[4]由小尺寸试件确定混凝土的断裂韧度与拉伸强度[J]. 管俊峰,姚贤华,白卫峰,陈记豪,付金伟. 工程力学. 2019(01)
[5]橡胶混凝土断裂性能试验研究[J]. 曹国瑞,王娟,卿龙邦,杨朝霞,姜军. 土木建筑与环境工程. 2018(06)
[6]橡胶混凝土抗冲磨性能试验研究[J]. 袁群,李晓旭,冯凌云,曹宏亮. 长江科学院院报. 2018(07)
[7]高抗冲磨橡胶混凝土在前坪水库导流洞的应用[J]. 罗福生,郝二峰,历从实,冯凌云,皇甫泽华. 治淮. 2018(04)
[8]掺纤维抗冲磨混凝土性能试验研究[J]. 邓中正,杨华全,肖开涛. 混凝土. 2017(04)
[9]岩基-橡胶集料混凝土抗剪性能试验研究[J]. 郑茂海,刘玲,王可良. 混凝土世界. 2017(04)
[10]界面初始缺陷对混凝土单轴抗拉强度的影响[J]. 王娟,管巧艳,孔宇田,余闪闪. 水利水电科技进展. 2016(05)
硕士论文
[1]橡胶混凝土抗冲磨、抗冲击性能的研究[D]. 汪武威.郑州大学 2017
[2]钢纤维改性橡胶混凝土断裂性能试验研究[D]. 颜扬.浙江工业大学 2016
[3]机场道面橡胶改性再生骨料混疑土抗弯疲劳性能试验研究[D]. 宁国芳.广东工业大学 2014
[4]橡胶混凝土路面材料断裂性能的试验研究[D]. 郭壮.广东工业大学 2014
本文编号：3228082
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