不同级配粗骨料对橡胶混凝土梁受弯性能试验研究及分形分析

摘要

橡胶混凝土（CRC）是用橡胶粉取代部分骨料或将橡胶粉直接掺入制得的一种新型复合材料。胶粉的掺入不但提高了混凝土的延性、变形和耗能能力，而且还可以缓解废旧橡胶对坏境带来的压力，具有较好的经济效益和社会效益。
　　国内外研究人员大多都在探讨橡胶粉掺量和橡胶粉目数对混凝土性能的影响，尚未发现有从粗骨料着手来研究橡胶混凝土性能的文章。粗骨料是混凝土的主要成分，粗骨料级配对普通混凝土有很大影响，而对橡胶混凝土的影响情况不得而知。
　　本文研究了3种不同粗骨料级配（5-16mm，16-31.5mm，5-31.5mm）的普通混凝土(NC)及橡胶混凝土。首先研究了粗骨料级配对普通混凝土及橡胶混凝土材料性能的影响，然后通过受弯试验研究了粗骨料级配对普通混凝土梁和橡胶混凝土梁的承载力、表面裂缝发展、跨中挠度、最大裂缝宽度等的影响，最后运用分形理论对试验梁的表面裂缝进行分形研究，主要结论如下：
　　1、不同级配CRC的抗压强度差异不大，橡胶粉的加入改变了混凝土的受力机理，对于NC，骨料和水泥石的界面粘结强度决定了混凝土的强度，而影响CRC强度的主要因素在于橡胶粉与水泥石的薄弱界面；橡胶粉的加入改变了混凝土的变形机理，不同级配CRC的弹性模量有较大差异，CRC-大弹性模量最大，CRC-小最小（其中的“小、大”分别代表粗骨料级配为5-16mm、16-31.5mm）。
　　2、不同级配下，普通混凝土梁的荷载挠度曲线（P-f曲线）有较大差异，而橡胶混凝土梁的P-f曲线吻合较好；不同级配下，橡胶粉的加入均提高了梁体的极限变形能力和延性，其中CRC-小的极限变形最大，延性最好；在承载力方面，对于小粒径和混合粒径混凝土梁来说，有所降低，对大粒径混凝土梁来说，有所增加。橡胶混凝土梁裂缝的开展比普通混凝土梁的缓慢，温和，且后期有较多的细微裂缝出现。
　　3.利用分形理论计算了试验梁在破坏状态下表面裂缝的分维值，考察了各试验梁全梁区域、纯弯区域及剪弯区域表面裂缝分维值的差异，发现除CRC-小梁三个区域分维值大致相同外，其他试验梁三个区域的分维值有较大差异，表明CRC-小梁受力耗能最均匀；同时发现，橡胶粉的掺入均增大了普通梁的分维值，提高了普通梁的耗能能力，其中小粒径级配的增幅最大，CRC-小梁耗能性能最好。
　　4.求得了不同荷载下试验梁表面裂缝的分维值，表明：随着荷载的增加，梁表面裂缝的分维值不断增大；建立了梁表面裂缝分维值与跨中挠度、最大裂缝宽度及损伤变量之间的定量关系，为级配不同混凝土构件的非线性研究提供新思路。
　　5.综合各项指标，小粒径粗骨料级配是橡胶混凝土的最佳粗骨料级配。

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第一章 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 问题的提出

1.3 橡胶混凝土的概念和基本特征

1.4 国内外研究现状

1.5 主要研究内容

第二章 材性试验与结果分析

2.1 试验目的

2.2 试件制作

2.3 不同粗骨料级配的混凝土材料性能

2.4 本章小结

第三章 试验梁的受弯试验

3.1 试验目的

3.2 橡胶混凝土梁设计

3.3 试验方案及内容

3.4 试验现象描述

3.5 本章小结

第四章 试验梁受弯试验结果分析

4.1平截面假定

4.2 试验梁荷载-跨中挠度P-f曲线分析

4.3 试验梁延性分析

4.4 裂缝开展分析

4.5本章小结

第五章 试验梁裂缝扩展的分形研究

5.1 分形几何理论简介

5.2破坏状态下试验梁表面裂缝的分形研究

5.3 不同荷载下试验梁表面裂缝的分形特征

5.4本章小结

第六章 试验梁力学参数与其表面裂缝分形维数的关系

6.1 试验梁纯弯段表面裂缝分维值D与跨中挠度f的关系

6.2 试验梁表面裂缝分维值D同试验梁最大裂缝宽度ωmax (mm)

6.3 试验梁表面裂缝分维值与荷载比值的关系

6.4 橡胶混凝土梁表面裂缝分维值与损伤演化关系

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

作者简历

攻读硕士学位期间所发表的论文