橡胶仿真混凝土及其塑性的调节模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料改进技术领域，特别是涉及改善仿真混凝土塑性。
【背景技术】
[0002] 结构动力破坏模型试验不仅是了解大型混凝土结构非线性动力响应与地震破坏 形态的重要手段，也是验数值分析正确与否的方法对于大型混凝土结构的大缩尺动力破坏 模型试验，要求仿真模型材料要有低强度或者高密度的特点，并且要保证其物理力学特性 与普通混凝土相似。这使得研究混凝土仿真材料各项力学参数及性能成为一个新的研究领 域。对于仿真混凝土的弹模、抗压强度、抗拉强度、本构关系等基本性能的研究已有文献作 过详细阐述。仿真混凝土采用与普通混凝土材料近似的配方，放着混凝土的粗骨料尺寸比 普通混凝土的粗骨料尺寸小许多，造成骨料与水泥砂浆的接触面较普通混凝土大得多；另 外，仿真混凝土中水泥含量比普通混凝土水泥含量低，使水泥砂浆自身的强度及其与骨料 问的黏结力较低。基于这两方面因素，外力作用下仿真混凝土黏结裂缝的发展较普通混凝 土快，并与水泥砂浆内部裂缝相互贯通，从而导致仿真混凝土应力-应变曲线下降段较陡， 脆性比普通混凝土大。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了改善仿真混凝土塑性的一种方法。 本发明所采用的技术方案是：采用细橡胶颗粒取代仿真混凝土中一定体积的骨料成分来制 成橡胶仿真混凝土，通过测试它们的物理力学性能，观察细橡胶颗粒对仿真混凝土脆性的 改善情况。仿真混凝土配合比见表1。
[0004] 表1基准仿真混凝土（EC)及橡胶仿真混凝土的配合比：
[0005] %
[0006]
[0007] 橡胶仿真混凝土，水泥采用32. 5MPa普通硅酸盐水泥；矿石粉、重晶粉、重晶石砂 的粒径为按照几何相似比尺换算成普通混凝土骨料粒径，0. 05~2. 0_，颗粒级配属于级 配II区；橡胶颗粒粒径为I. 45-1. 55m的运动场软橡胶颗粒；用橡胶颗粒取代基准仿真混凝 土中的部分粗细骨料，其取代骨料的体积分数为20 %，25 %，30 %及35 %。
[0008] 橡胶仿真混凝土塑性的调节模拟方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤一，按照表的配方制备五种不同配比的橡胶仿真混凝土：水泥采用32. 5MPa 普通硅酸盐水泥；矿石粉、重晶粉、重晶石砂的粒径为按照几何相似比尺换算成普通混凝土 骨料粒径，0. 05~2. 0mm，颗粒级配属于级配II区；橡胶颗粒：粒径为I. 45-1. 55m的运动场 软橡胶颗粒；橡胶仿真混凝土是用橡胶颗粒取代基准仿真混凝土中的部分骨料制成，其取 代骨料的体积分数为20 %，25 %，30 %及35 %，分别记为XC-20，XC-25，XC-30及XC-35四种 橡胶仿真混凝土；
[0010] 步骤二，试件制备：每一种橡胶仿真混凝土制备尺寸为IOOmmX IOOmmX IOOmm的 立方体单轴压缩标准试件30个，用于单轴压缩试验；每一种橡胶仿真混凝土制备中间边长 为70mm，两端逐渐过渡到边长为IOOmm的标准哑铃型单轴拉伸试件30个，这种试件中间试 验部分高度100mm，总高度200mm用于单轴拉伸试验；每一种橡胶仿真混凝土制备尺寸为 100_X 100_X 515mm的长方体标准试件30个用于四点弯曲试验；
[0011] 步骤三，试件养护：各种试件平均养护温度20°c，相对湿度60%左右，养护龄期 24h ；
[0012] 步骤四橡胶仿真混凝土塑性的调节模拟：
[0013] 对每一种橡胶仿真混凝土所有试件进行各自的试验，比较四种不同橡胶仿真混凝 土试件的弹性模量、抗压强度、抗压峰值应变、抗拉强度、抗拉峰值应变、弯曲抗拉强度、四 点最大挠度；再与基准仿真混凝土相比较，找出橡胶颗粒含量的最佳区间。
[0014] 得出橡胶仿真混凝土的弹性模量、抗压强度随着橡胶颗粒体积分数的增加有不同 程度降低，抗压峰值应变有所增大，抗拉强度、抗拉峰值应变及四点弯曲最大挠度则均有所 增加；应该指出的是，橡胶仿真混凝土的变形能力及抗拉强度并不总是随着橡胶颗粒含量 的增加而增加，而是存在一个最佳值。橡胶颗粒含量超过该值后不仅弹性模量、抗压强度的 降低会更明显，抗拉峰值应变也会减小。其他学者对常态橡胶混凝土的研究也得出相同结 论。本次研究发现最佳值应该为25% -30%范围内。
[0015] 本发明的有益效果在于，（1)与基准仿真混凝土相比，橡胶仿真混凝土的弹模、抗 压强度有所降低，抗压及抗拉峰值应变、四点弯曲最大挠度都明显增加，但橡胶仿真混凝土 的抗拉强度比基准仿真混凝土有所提高。（2)橡胶仿真混凝土破坏时表现出明显的延性特 征，加载过程中产生显著的塑性变形，说明其较基准仿真混凝土的变形协调能力大多。橡胶 仿真混凝土的塑性并不总是随着橡胶颗粒含量的增加而增加，而是存在一个最佳值，超过 或低于该值不但材料弹性模量会降低得更多，抗拉、抗压峰值应变也会减小。（3)本文提出 的这种方法能使仿真混凝土的脆性得到良好的改善，使仿真混凝土的本构关系、破坏形态 及物理特性都能更相似于普通混凝土。将此种方法应用于仿真模型动力破坏试验时，能够 更好地反映出混凝土原型结构动力破坏时的真实情况，并且生产这种仿真模型材料的方法 简单，便于操作，安全无污染。
[0016] 本发明对以后仿真混凝土材料广泛应用于模型试验及工程实际具有重要的现实 意义。基准仿真混凝土应力-应变曲线下降段较陡，脆性比普通混凝土大。通过添加橡胶， 仿真混凝土的脆性得到了改善。
【具体实施方式】
[0017] 1.试验研究
[0018] 1.1原材料及配合比
[0019] 水泥：32. 5MPa(抗压强度）普通硅酸盐水泥；矿石粉、重晶粉、重晶石砂的粒径为 按照几何相似比尺换算成普通混凝土骨料粒径，0. 05~2. 0_，颗粒级配属于级配II区；橡 胶颗粒：粒径为1. 45-1. 55m的运动场软橡胶颗粒。橡胶仿真混凝土是用橡胶颗粒取代基准 仿真混凝土中的部分骨料制成，其取代骨料的体积分数为20 %，25 %，30 %及35 %，分别记 为 XC-20, XC-25, XC-30 及 XC-35 (见表 1)。
[0020] 1. 2试验方法
[0021] 采用尺寸为IOOmmX IOOmmX IOOmm的立方体标准试件做单轴压缩试验；采用 中间边长为70mm，两端逐渐过渡到边长为IOOmm的正方形（即标准哑铃型试件），其中 间试验部分高度100mm，总高度200mm的标准哑铃型试件做单轴拉伸试验；采用尺寸为 IOOmmX IOOmmX 515mm的长方体标准试件做四点弯曲试验。试验时平均养护温度20°C，相 对湿度60%左右，养护龄期24h。单轴抗压、抗拉试验加载速率分别为0. 6,0. 06mm/min。由 于仿真混凝土材料的弹性模量和强度都比普通混凝土低1~2个数级，因此加载设备采用 SANS牌I-IOt型万能试验机，根据试验需要，加载装置可以自行更换。数据采集系统采用 SANS试验机自带软件，采集速度可达104次/s，确保了试验过程中记录数据的准确性。