CL30橡胶轻集料混凝土应力应变全曲线试验研究

粉煤灰综合利用
F LY ASH COM PREHENS I VE UT I L I ZAT I O N
2008　N O.6
试验研究
C L30橡胶轻集料混凝土应力应变全曲线试验研究
Exper i m en t a l Study on CL 30Crum b Rubber L i ghtwe i ght Concrete ’s Stress 2stra i n Curves
王 1,朱　涵2,刘爱军
3
(1.北京国瑞兴业地产有限公司100050;2.天津大学建筑工程学院土木工程系300072;
3.国家知识产权局专利局北京100088)
摘　要:通过对不同橡胶集料掺量的C L30橡胶轻集料混凝土(CT LC )的单轴受压试验,测得了其应力-应变全曲线。

CT LC 应力-应变全曲线的峰值应变、拐点应变和收敛点应变与橡胶掺量有良好的线性关系。

关键词:橡胶集料;轻集料;应力-应变全曲线
中图分类号:T U528.2 文献标识码:A 文章编号:1005-8249(2008)06-0017-03
(1.Engineering Depart m ent,Gl ory Real Estate,Beijing,100050,China2.School of Civil Engineering,Tianjin University,
Tianjin 300072,China3.State I ntellectual Pr operty Office of P .R.China,100088,China )
Abstract:The stress -strain curves of different m ixture of crumb aggregate CL30Crumb Rubber L ight w eight Concrete are conducted under
uniaxial comp ressi on .The peak stress that convergence stress and inflecti on point stress are linear with the m ixture of crumb aggregate .
Key words:rubber crumbs;light w eight aggregate;stress -strain curves
3
基金项目:国家自然科学基金(50478087)
收稿日期:2008-05-28
橡胶轻集料混凝土是指用普通轻集料、胶结材料以及一定量、一定细度的橡胶细集料配置而成的,干表观密度不大于1950kg/m 3
的混凝土。

橡胶细集料是汽车废弃轮胎经过机械粉碎、研磨、洗净等加工处理而得到,由于其原料来自废旧的汽车轮胎,因此,它本身也是一种环保产品,有利于固体废物资源化。

通过向轻集料混凝土中加入一定质量的橡胶集料,可以改善混凝土的匀质性,增大其延性,改善轻集料混凝土的性能
[1]。

目前国内外对橡胶轻集料混凝土的研究还很
少,对其性能的了解还不足以应用到实际工程中。

本文通过对不同橡胶掺量的CL30橡胶轻集料混凝土的应力-应变全曲线试验对其力学性能进行了初步的研究,为今后对橡胶轻集料混凝土的进一步研究和实际应用提供了依据。

1　试验配合比
由于橡胶集料的掺入会使轻集料混凝土的强度有所降低,根据资料和以往的经验,通过对胶凝材料、水
胶比和体积砂率的调整来配制不同橡胶集料掺量且强
度等级为CL30的橡胶轻集料混凝土,表1为试验用配合比。

表1　橡胶轻集料混凝土配合比
组别
橡胶掺量
/kg/m 3
水胶比
胶凝材料用量/kg/m 3水泥
粉煤灰GH 矿粉
砂率
减水剂
/%A 00.442769250.20.350.25B 500.3932380.844.90.320.5C 1000.3038897.2540.300.75D
150
0.3
426
75.6
37.8
0.28
1.0
2　试验及结果分析
2.1　CL30橡胶轻集料混凝土抗压试验
成型100mm ×100mm ×100mm 和100mm ×
100mm ×300mm 两种试件,在20℃、98%湿度的养护条件下进行养护,分别测试3d 、7d 、28d 龄期的抗压强度,棱柱体测试其28d 的轴心抗压强度(测试方法均符合国标G B -175-1999要求),测试结果见表2。

试验中发现,虽然为了控制橡胶轻集料混凝土的强度,在橡胶集料掺量增大的同时水泥掺量也增加不少,但和普通轻集料混凝土不同的是,其表观密度并没
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有太大的变化(普通轻集料混凝土的表观密度与水泥的掺量成正比关系)。

这是由于橡胶集料的表观密度只有砂的37.7%,在取代同体积的砂与其他材料一起构成混凝土的时会使混凝土的表观密度变小,从而使得在水泥掺量增大的情况下橡胶轻集料混凝土的表观密度不会改变很多。

在掺入橡胶集料后轻集料混凝土具有较高的早期强度,7d 强度为28d 强度的80%～90%,这与普通轻集料混凝土的强度增长规律相同。

表2　橡胶轻集料混凝土测试结果
组别
胶粉掺量/kg/m 3
表观密度
/kg/m 3F c3F c7F c28/MPa
轴心抗压强度/MPa
坍落度
/mm A 0177428.834.938.528.1190B 50173125.931.635.225.1200C 100182624.529.934.826.9185D
150
1812
21.1
25.7
31.4
23.2
180
2.2　CL30橡胶轻集料混凝土轴压全曲线试验
轻集料混凝土的受压应力-应变全曲线包括上升
段和下降段,是其力学性能的全面的宏观反应:曲线峰点处的最大应力即棱柱体抗压强度,相应的应变为峰值应变;曲线的斜率为其弹性模量,初始斜率即为初始弹性模量;下降段表明其峰值应力后的残余强度
,等等[2]。

本文通过对4组不同橡胶掺量的轻集料混凝土的受压全曲线的测试,来研究其力学性能。

2.2.1　试验方法及过程　试件尺寸为100mm ×100mm ×300mm ,采用在普通液压试验机上附加刚性元件的方法来增大试验装置的总体刚度(图1),使其
超过试件下降段的最大线刚度,这样可以防止混凝土
的急速破坏,得到曲线的下降段,通过X -Y 函数记录仪采集荷载和应变数据。

图1　刚性元件 图2　试件破坏后的形态(左→右:A →B )
试验时发现橡胶轻集料混凝土的受压破坏过程与普通的轻集料混凝土基本相似,但随着橡胶集料掺量的增加,表现出越来越好的延性特征。

普通的轻集料混凝土(A 组)在试件达到最大应力前,表面很少有可见裂缝,达到最大应力后试件表面出现第一条裂缝,裂缝一出现就比较长,方向陡。

继续试验,此裂缝沿斜向发展,试件发出劈裂声响,承载力很快下降,直至最后试件解体;而橡胶轻集料混凝土试件发生屈服以后,可以明显观察到试件的受压变形,而后形成细小的裂缝,分布于试件表面。

值得注意的是,试件开裂后,裂缝虽有所发展,但彼此不能连通而形成主裂缝,且卸载后部分细小裂缝发生闭合。

因此,试件未产生表面混凝土剥落以及解体的现象。

图2为混凝土试件破坏后的情
况,图中左侧的A 组(橡胶掺量为0kg/m 3
)试件已发生解体现象,而右侧B 、C 、D 3组(橡胶掺量分别为
50kg/m 3、100kg/m 3、150kg/m 3
)的橡胶轻集料混凝土试件仍能保持完整。

这是由于将橡胶集料是分布在混凝土内的微小弹簧单元
[3]
,破坏始自橡胶微粒周边
的水泥基材料产生应力集中而受拉开裂,橡胶微粒本身阻碍了裂缝的进一步发展,使得试件受压破坏裂缝无法贯通,从而保持了试件的完整性。

2.2.2　应力-应变全曲线研究　图3为各组橡胶轻
集料混凝土应力-应变全曲线的最终汇总结果。

每组取3个试件的曲线平均值作为最终结果(去除不符合曲线要求的试验点)。

橡胶轻集料混凝土具有明显的受压屈服现象,最大的峰值轴压应变可达到普通轻集料混凝土的1.56倍,曲线拐点和收敛点处应力、应变与峰值应力、应变的比值也随着橡胶掺量的增加而增大(表3),这使得曲线的下降段更加平缓,试验结果见表4。

表3　特征点的应力应变比值
组 别A B C
D 橡胶掺量kg/m 3050100150拐点应力/峰值应力0.7720.8010.8180.858拐点应变/峰值应变 1.159 1.202 1.307 1.373收敛点应力/峰值应力0.5770.5940.6500.651收敛点应变/峰值应变
1.398
1.430
1.502
1.596
图3　应力-应变全曲线试验结果
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表4　试验结果
组 别A B C D 橡胶掺量/kg/m3050100150
峰值应力/MPa28.125.126.923.2
峰值应变/1×10-62010223026103140
拐点应力/MPa21.720.12219.9
拐点应变/1×10-62330268034104310
收敛点应力/MPa16.214.917.515.1
收敛点应变/1×10-62810319039205010
采用过镇海提出的公式[2]拟合橡胶轻集料混凝土的应力-应变曲线,曲线方程采用下列公式:当x≤1时,y=ax+(3-2a)x2+(a-2)x3(1)
当x≥1时,y=x
b(x-1)2+x
(2)
其中x=ε
ε
c ;y=
σ
f c
;εc、f c分别为峰值应力和应变。

由拟合结果可知,文献[2]中针对普通混凝土的公式仍然适用于橡胶轻集料混凝土。

以橡胶掺量150kg/m3的D组为例,典型的拟合结果与试验结果的对比见图4,吻合程度较高,公式中参数的拟合结果见表5。

全曲线的峰值应变、拐点应变和收敛点应变与橡胶掺量有很强的线性关系(图5):
峰值应变:y=7.54x+1932
拐点应变:y=13.34x+2182
收敛点应变:y=14.66x+2633
表5
　CL30橡胶轻集料混凝土应力-应变全曲线参数拟合结果组别A B C D
橡胶掺量/kg/m3050100150
a 1.75 1.61 1.130.92
b 3.01 2.49 1.58 1.05图4应力-应变曲线拟合结果　图5橡胶掺量与几何特征点应变关系
3　结论
(1)橡胶轻集料混凝土的抗压强度增长规律与普通轻集料混凝土相同,在同等强度等级条件下,水泥用量随着橡胶集料掺量增加而增加。

(2)CL30橡胶轻集料混凝土的应力-应变全曲线方程可采用与过镇海提出的轻集料混凝土全曲线相同的形式,但其中的系数不同。

(3)CL30橡胶轻集料混凝土的应力-应变全曲线的峰值应变、拐点应变和收敛点应变与橡胶集料的掺量都有良好的线性关系。

全曲线的峰值应变与橡胶集料掺量的关系可表示为:y=7.54x+1932;拐点应变与橡胶集料掺量关系为:y=13.34x+2182;收敛点应变与橡胶集料掺量关系为:y=14.66x+2633。

参　考　文　献
[1]　朱涵,新型弹性混凝土的研究综述,天津建设科技[J],2004,14
(2):35～37.
[2]　过镇海主编,钢筋混凝土原理和分析[M].北京.清华大学出版
社3003.6～127.
[3]　Han Zhu(朱涵),Adding Crumb Rubber int o Exteri orW allMaterials,
W aste Manage ment and Research[J],2003,20:407～413
简讯:
江苏南通银发公司年初开建年产1亿块粉煤灰砖项目,该项目总投资1.2亿元,首期工程投入6000万元。

甘肃建成煤矸石混凝土墙材制品生产线,年产3000万块标砖混凝土多孔砖、混凝土普通砖。

河南郑州年内全部淘汰小型“免烧砖”厂,使全市所有“免烧砖”企业单机生产能力全部达到3000万块标砖以上。

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