自密實橡膠混凝土的微細觀結構與力學機制研究

《自密實橡膠混凝土的微細觀結構與力學機制研究》是依託中南大學，由龍廣成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：自密實橡膠混凝土的微細觀結構與力學機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：龍廣成
• 依託單位：中南大學

項目摘要

自密實混凝土技術以及廢舊橡膠顆粒改性水泥混凝土技術在近年來引起了國內外學者的廣泛關注，但由於其研發歷史較短及問題本身的複雜性，其中還涉及到不少套用基礎問題有待深入探討。本項目結合橡膠顆粒特性及自密實混凝土的特點，並基於最新相關研究進展，採用現代巨觀微觀分析測試手段，研究自密實橡膠顆粒混凝土體系的微細觀結構形成機理；分析橡膠顆粒與水泥石之間界面結構特徵；並通過測試分析體系典型物理性能及其在拉壓、衝擊荷載作用下的應力應變、衝擊韌性與阻尼性能等靜動力學特性，闡明水泥石與橡膠顆粒、水泥石與砂石骨料界面結構破壞模式，揭示橡膠顆粒在自密實混凝土體系中的作用效應；剖析自密實橡膠顆粒混凝土的力學機制；闡清自密實橡膠混凝土組成、微結構與物理力學參數之間的相互關係原理。本研究可先進水泥基材料的最佳化設計與製備提供理論支撐，解決現代高速鐵路、公路等土木工程建設對高工作性、良好靜動力學性能關鍵工程材料的重大需求。

結題摘要

本課題針對廢棄橡膠顆粒的特性及其資源化利用問題，並結合自密實混凝土的特點，開展自密實橡膠（集料）混凝土微結構及其力學機制的相關研究，以為廢棄橡膠顆粒在混凝土中的套用及先進水泥基材料研發提供支撐。依據計畫研究內容，課題組聯合理論分析方法和現代試驗測試手段，選用常用的四種粒徑橡膠顆粒及其它原材料，設計並製備了不同組成的自密實混凝土等效砂漿及自密實混凝土，測試分析了自密實橡膠混凝土拌合物性能及硬化混凝土的應力-應變、阻尼等靜、動態力學性能與微結構，探討了相應的機理，獲得了以下研究成果：（1）橡膠集料顯著增大新拌漿體的屈服應力，且相對於相同體積和粒徑的砂，橡膠集料對漿體屈服應力的影響更大，指出橡膠集料對漿體屈服應力的增加效應和橡膠集料較小的容重是導致體系流動性降低的重要原因；（2）獲得了橡膠集料對自密實混凝土抗壓強度的影響效應，建立了混凝土抗壓強度降低率與橡膠集料在混凝土中的體積百分數之間的經驗關係式，並提出了橡膠集料在自密實混凝土中3個作用效應———疏水效應、等效孔隙效應和高變形效應；（3）探明了橡膠集料摻量對摻橡膠集料自密實混凝土（RSCC）力學性能的影響規律，建立了以橡膠摻量為變化因素的RSCC的統計損傷本構關係模型，能有效表征了RSCC在不同橡膠摻量下的脆韌性轉化特徵，表明橡膠摻量的增加延緩了RSCC初始損傷的發展，且損傷的發展速率隨應變的增加呈現先增大後減小的規律；（4）闡明了高應變率作用下，橡膠集料自密實混凝土的破壞特性及其應變率效應，指出了自密實橡膠混凝土具有良好的動態力學性能，表現出更優異的變形能力和吸收能量的能力；（5）表明橡膠集料-水泥石之間存在明顯的界面過渡區，且存在較多界面孔縫，試驗驗證了摻用矽灰等超細粉體可有效改善自密實橡膠混凝土中橡膠-水泥石界面區的微結構，闡釋了自密實橡膠混凝土的力學機制及其性能與組成、結構之間的相互影響關係。本研究可為具有良好靜動態力學特性的先進水泥基材料設計與製備提供理論和技術支撐。