橡胶集料混凝土的极限拉伸变形试验

摘要：极限拉伸变形是表征混凝土抗裂性能的重要指标。通过轴心抗拉试验和压汞试验，研究了橡胶集料掺量对混凝土极限拉伸变形性能的影响。结果表明，当橡胶集料掺量为10 kg/m3、20 kg/m3和30 kg/m3时，试件破坏时的极限拉应变分别为普通混凝土的2.97、4.11和3.89倍；峰值应变分别是普通混凝土的1.86、2.00和2.68倍。掺入橡胶集料，混凝土的极限变形能力提高，即抗裂性能提高，但橡胶集料掺量存在一个合理值，超过该值后混凝土的极限拉应变会减小。

关键词：橡胶集料；混凝土；极限拉伸变形；压汞试验；应力-应变；延性；塑性变形

中图分类号：TQ172 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2014）06-0103-03

橡胶集料混凝土是最近发展的一种新型混凝土，又称“弹性混凝土”[1-3]，其显著的特征是降低混凝土的脆性，增加韧性和延性，提高混凝土变形能力[4-7]。因此，利用橡胶集料变形大的性能，能够一定程度上克服混凝土受约束时变形性能小、抗裂性差的缺陷，从而控制或限制混凝土裂缝的形成[8-12]。在橡胶混凝土中，由于橡胶集料加入到混凝土后形成了一种由刚性体与弹性体共同组成的新的复合材料[9-10]，材料内部不仅形成了许多新的界面[11-13]，而且其内部微观结构和材料的变形及破坏的物理机制也会发生改变[14-15]，因此，为了实现橡胶集料混凝土的高性能化，还需深入研究橡胶集料对混凝土的增韧变形机理、细观破坏机制、受力损伤机理与性能之间的关系。混凝土极限拉伸应变是表征混凝土变形性能的重要指标，也是工程设计的重要技术参数。因此，研究橡胶集料对混凝土极限拉伸变形的影响及其规律，对控制混凝土开裂具有重要意义。

1 试验内容

1.1 原材料与试验仪器

主要原材料：P・O42.5水泥，山东诸城产；细集料为中粗砂，细度模数21.6；橡胶集料，山东诸城产；外加剂为减水剂（粉体）。

主要试验仪器：静态电阻应变仪（ASM2-1）。

试验所用材料配合比见表1。

1.2 试件制备

成型100×300 mm圆柱体试件。试件成型过程中，在试件两边中心位置对称预埋6 mm带圆环的钢筋。混凝土中橡胶集料掺量分别为0、10 kg/m3、20 kg/m3、30 kg/m3，橡胶集料等体积取代砂。不同橡胶集料的混凝土试件各成型12组。标准养护至28 d。

1.3 试验方法

根据《水工混凝土试验规程》SL 352-2006，利用电液伺服万能试验机（electro-hydraulic servo universal testing machine）测试混凝土的极限拉伸值。轴向拉伸试验过程中，试件偏心严重影响试验结果，因此用4个圆环串联在一起，固定在万能试验机上，然后连接试件上的圆环，见图1。

试件从养护室取出后，尽快在试件的两侧中间部位用电风扇吹表面，然后用502胶水粘贴电阻应变片，焊接导线，连接在电阻应变仪上。开动试验机，进行两次预拉，预拉荷载约为破坏荷载的15%～20%，同时记录应变值，调整偏心率使之小于15%。完毕后，进行测试，控制荷载速度为0.4 MPa/min，而且每加载500 N，记录变形值，直至荷载破坏，并记录破坏荷载和断裂位置。以应变为横坐标，应力为纵坐标，绘制应力-应变曲线。过破坏应力坐标点，作与横坐标平行的线，并将应力-应变曲线外延，两线交点对应的应变值即为极限拉伸值。取平均值来代表水泥混凝土的极限拉伸变形值。当试件的断裂位置与变截面转折点或埋件端点的距离小于2 cm时，去掉该值，取余下测值的平均值为试验结果。

1.4 试验结果与讨论

测试不同橡胶集料掺量的28 d龄期混凝土极限拉应变，试验结果见图2，试验过程中试件的应力-应变曲线见图3。

从图2可知，当橡胶集料掺量为10 kg/m3、20 kg/m3和30 kg/m3时，试件破坏时的极限拉应变为306 με、423 με和401 με，分别为普通混凝土试件103 με的2.97倍、4.11倍和3.89倍。表明橡胶集料的掺入使混凝土的极限变形能力提高。但橡胶集料混凝土的变形能力并不随着橡胶集料掺量

的增加而增加，而是存在一个合理值，超过该值后混凝土的极限拉应变会减小。

从图3可以看出，普通混凝土的应力-应变曲线与橡胶集料混凝土存在差别：前者具有脆性破坏特征，加载过程中曲线均近乎为直线，变形很小，且破坏时发生突然断裂（图4）；橡胶混凝土在加载过程中首先产生塑性变形，峰值应变较普通混凝土应变增大3～4倍，到达破坏荷载后并不会立即断裂（图5），而是在经过较大的塑性变形后再破坏，说明橡胶集料混凝土比普通混凝土具有大的适应变形的能力。由图5还可看出，橡胶集料混凝土的峰值应力小于普通混凝土，但其峰值应变大于普通混凝土；掺量为10 kg/m3、20 kg/m3和30 kg/m3的橡胶集料混凝土的峰值应变分别是普通混凝土的1.86、2.00和2.68倍。橡胶集料混凝土试件在拉伸过程中，橡胶集料不仅像众多小弹簧那样承受部分荷载，而且还会阻止微裂缝的扩展，延缓新裂缝的出现，从而提高变形能力，并表现出延性破坏特征。

2 橡胶集料混凝土孔结构表征

采用压汞法（MIP）对28 d龄期混凝土的孔结构进行测试分析，试验结果见图6和图7。可以看出，在压力作用下，普通混凝土内孔结构分布仍均匀；而橡胶集料混凝土的孔呈齿形分布，波浪峰值较多。这是由于橡胶集料受外加应力作用时，能够吸收混凝土的内部应力，混凝土中孔的形态随压力大小而发生变形，避免产生集中，混凝土变形增加。

3 结论

橡胶集料有利于增强混凝土极限拉伸变形，提高混凝土的抗裂性能。但橡胶集料掺量存在一个合理值，超过该值后混凝土的极限拉应变会减小。

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