CN111610099A - 一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，包括以下步骤：试验样件制备、试验样件环境模拟、试验样件预处理、进行试验和试验结果整理分析；本发明先通过严格的原料配合比制备出具有代表性的橡胶混凝土试验样品，再根据试验要求对橡胶混凝土试验样件进行不同温度和湿度的处理，从而模拟出试验样件进行日常使用环境，之后通过万能试验机和DIC系统对橡胶混凝土试验样件进行断裂试验并进行试验观察，从而通过宏观力学性能试验研究橡胶混凝土在不同温湿度环境下断裂性能并对实验结果进行科学严谨的公式计算，以计算结果来分析橡胶混凝土断裂性能受温度和湿度的影响。

Description

一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法
技术领域
本发明涉及材料性能分析技术领域，尤其涉及一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法。
背景技术
橡胶混凝土是在制备水泥砂浆或混凝土时，用橡胶乳液及辅助外加剂和水泥一起拌和成型、固化形成的混凝土，具有优越的抗冲耐磨性能，同时能较好地解决废弃橡胶制品回收难题,与普通混凝土相比，橡胶混凝土在抗冲磨、抗裂、抗渗、抗冻、抗震等性能方面具有更好的表现，且能有效减少天然骨料的使用和废旧橡胶制品的堆积，在水利工程中有较好的应用前景,但随着橡胶掺量的增加，橡胶混凝土强度不断下降，在一定程度上限制了其工程应用；
裂缝使影响橡胶混凝土质量的重要因素之一，为促进橡胶混凝土在水利、土木、交通等实际工程中的推广应用，需要对橡胶混凝土在不同温度和湿度环境下的断裂性能进行分析，用以揭示橡胶混凝土断裂性能受温度和湿度影响的机理，并延长混凝土结构的服役寿命，但目前对橡胶混凝土断裂性能机理的分析还较少，分析过程不够科学严谨，也不贴合实际，导致分析结果也大都不具备代表性，因此，本发明提出一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，该方法基于严格配合比制备试验样件并对试验样件进行不同温湿度处理，从而对试验样件进行日常使用环境的模拟，通过宏观力学性能试验研究橡胶混凝土在不同温湿度环境下断裂性能并对实验结果进行科学严谨的公式计算，以计算结果来分析橡胶混凝土断裂性能受温度和湿度的影响，从而试验结论更具代表性。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，包括以下步骤：
步骤一：试验样件制备
先对搅拌机进行清洗，接着依次将称好的石灰岩碎粒、河砂粒、橡胶碎粒和水泥加入搅拌机进行搅拌并在搅拌过程中均匀加入称好的自来水持续搅拌5分钟，待搅拌均匀后将混合后的混凝土卸载待木模板上并立即装入预先涂抹脱模剂的试模中，然后将试模放到振动台上并加压振动2分钟，待混凝土成型后通过橡胶锤均匀锤击试模侧壁，之后用湿布对成型后的混凝土表面进行覆盖并在通风阴凉的室内静置20h，得到橡胶混凝土试样；
步骤二：试验样件环境模拟
根据步骤一，将制备的橡胶混凝土试样送至标准养护室养护并根据试验要求对试验样件进行规定龄期的养护，待养护时间达标后采用高低温交变湿热试验箱和水箱浸泡的方式对橡胶混凝土试验样件所处的温度和湿度进行调节改变，以模拟橡胶混凝土实际使用中所处的不同复杂温湿度环境；
步骤三：试验样件预处理
根据步骤二，选取垂直于试验待受压面且比较平整的面作为DIC试验观测面，对经过不同温湿度环境处理后试验样件的观测表面采用人工喷涂的方式制作散斑，制斑材料选用黑白双色哑光漆，先均匀喷涂白色漆制作白色底面，再随机喷涂黑色漆制作黑色斑点，然后在试验样件相对观测面的底端对称开设两条预制缝，得到待试验的橡胶混凝土试验样件；
步骤四：进行试验
根据步骤三，先将支座放置到万能试验机试验台中心位置并将制斑后的试验样件放置到支座上，再将加载垫板放置到试验样件顶端并在加载垫板上放置荷载传感器，接着在试验样件底部预制缝两侧粘贴刀口薄钢板并将夹式引伸计夹在两个刀口薄钢板之间，然后将位移计压缩后顶在刀口薄钢板上并通过支架固定，之后通过万能试验机对试验样件进行位移加载并开启DIC系统进行观测采集，在试验样件破坏后停止加载并对各试验数据进行读取和储存，同时对试验样件进行观察并拍照留存，最后整理仪器并清理设备为下一个试验做准备；
步骤五：试验结果整理分析
根据步骤四，得到试验数据后先通过公式(1)和(2)计算试验样件的失稳韧度
Figure BDA0002575622230000031
公式(1)和(2)为
Figure BDA0002575622230000041
Figure BDA0002575622230000042
试验样件表面荷载P达到峰值荷载Fmax时，裂缝张口位移达到临界值Vc，裂缝长度发展到有效裂缝长度ac，通过公式(3)和(4)计算出有效裂缝长度ac的值，公式(3)和(4)为
Figure BDA0002575622230000043
Figure BDA0002575622230000044
再通过公式(5)和(6)计算出试验样件的起裂韧度
Figure BDA0002575622230000045
公式(5)和(6)为
Figure BDA0002575622230000046
Figure BDA0002575622230000047
然后通过公式(7)计算出试验样件的断裂能GF，公式(7)为
Figure BDA0002575622230000048
最后根据不同温度和湿度处理后的试验样件的试验结果进行对比分析，得出不同温度和湿度对试样样件的断裂性能的影响。
进一步改进在于：所述步骤一中，搅拌机为强制性卧式搅拌机，搅拌机清洗后先按规定的配合比要求将少量的石灰岩碎粒、河砂粒、橡胶碎粒、水泥和水倒入搅拌机中涮膛直至搅拌机内壁挂浆，接着倒去多余混凝土砂浆，以防止正式拌合时水泥浆挂失影响混凝土配合比。
进一步改进在于：所述步骤二中，高低温交变湿热试验箱设置的温度分别为-20℃、5℃、20℃和70℃，设置的湿度分别为20％、45％、85％和100％，环境模拟时间为15天。
进一步改进在于：所述步骤四中，在采用DIC系统对试件进行观测前，先将系统中的相机镜头对准试验样件观测区域，再调整相机镜头的光圈、焦距和偏振，接着调整灯光的方向与偏振，以达到最佳观测效果，在试验样件表面变形过程的图像采集后对系统进行标定，通过标定参数将图像坐标重投影到世界坐标，实现试件的变形的测量。
进一步改进在于：所述步骤五中，公式(1)和(2)中的m为试验样件支座间质量，g为重力加速度，S为试验样件梁支座件的跨度，t为试验样件厚度，h为试验样件高度。
进一步改进在于：所述步骤五中，公式(3)和(4)中的h0为刀口薄钢板的厚度，E为计算弹性模量，a0为初始裂缝长度，ci为试验样件初始V/P值。
进一步改进在于：所述步骤五中，公式(5)和(6)中的FQ为起裂荷载，公式(7)中的W0为荷载-挠度曲线下的面积，m为试验样件支座间的质量、试件上垫片及传感器质量之和，δ0为试件破坏时的跨中挠度。
本发明的有益效果为：本发明先通过严格的原料配合比制备出具有代表性的橡胶混凝土试验样品，再根据试验要求对橡胶混凝土试验样件进行不同温度和湿度的处理，从而模拟出试验样件进行日常使用环境，之后通过万能试验机和DIC系统对橡胶混凝土试验样件进行断裂试验并进行试验观察，从而通过宏观力学性能试验研究橡胶混凝土在不同温湿度环境下断裂性能并对实验结果进行科学严谨的公式计算，以计算结果来分析橡胶混凝土断裂性能受温度和湿度的影响，本发明的试验分析方法科学严谨，贴合实际，试验分析得出的结论具有代表性。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1所示，本实施例提供了一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，包括以下步骤：
步骤一：试验样件制备
先对强制性卧式搅拌机进行清洗并按规定的配合比要求将少量的石灰岩碎粒、河砂粒、橡胶碎粒、水泥和水倒入搅拌机中涮膛直至搅拌机内壁挂浆，再倒去多余混凝土砂浆，以防止正式拌合时水泥浆挂失影响混凝土配合比，接着依次将称好的石灰岩碎粒、河砂粒、橡胶碎粒和水泥加入搅拌机进行搅拌并在搅拌过程中均匀加入称好的自来水持续搅拌5分钟，待搅拌均匀后将混合后的混凝土卸载待木模板上并立即装入预先涂抹脱模剂的试模中，然后将试模放到振动台上并加压振动2分钟，待混凝土成型后通过橡胶锤均匀锤击试模侧壁，之后用湿布对成型后的混凝土表面进行覆盖并在通风阴凉的室内静置20h，得到橡胶混凝土试样；
步骤二：试验样件环境模拟
根据步骤一，将制备的橡胶混凝土试样送至标准养护室养护并根据试验要求对试验样件进行规定龄期的养护，待养护时间达标后采用高低温交变湿热试验箱和水箱浸泡的方式对橡胶混凝土试验样件所处的温度和湿度进行调节改变，以模拟橡胶混凝土实际使用中所处的不同复杂温湿度环境，其中高低温交变湿热试验箱设置的温度分别为-20℃、5℃、20℃和70℃，设置的湿度分别为20％、45％、85％和100％，环境模拟时间为15天；
步骤三：试验样件预处理
根据步骤二，选取垂直于试验待受压面且比较平整的面作为DIC试验观测面，对经过不同温湿度环境处理后试验样件的观测表面采用人工喷涂的方式制作散斑，制斑材料选用黑白双色哑光漆，先均匀喷涂白色漆制作白色底面，再随机喷涂黑色漆制作黑色斑点，然后在试验样件相对观测面的底端对称开设两条预制缝，得到待试验的橡胶混凝土试验样件；
步骤四：进行试验
根据步骤三，先将支座放置到万能试验机试验台中心位置并将制斑后的试验样件放置到支座上，再将加载垫板放置到试验样件顶端并在加载垫板上放置荷载传感器，接着在试验样件底部预制缝两侧粘贴刀口薄钢板并将夹式引伸计夹在两个刀口薄钢板之间，然后将位移计压缩后顶在刀口薄钢板上并通过支架固定，之后通过万能试验机对试验样件进行位移加载并开启DIC系统进行观测采集，在采用DIC系统对试件进行观测前，先将系统中的相机镜头对准试验样件观测区域，再调整相机镜头的光圈、焦距和偏振，接着调整灯光的方向与偏振，以达到最佳观测效果，在试验样件表面变形过程的图像采集后对系统进行标定，通过标定参数将图像坐标重投影到世界坐标，实现试件的变形的测量，在试验样件破坏后停止加载并对各试验数据进行读取和储存，同时对试验样件进行观察并拍照留存，最后整理仪器并清理设备为下一个试验做准备；
步骤五：试验结果整理分析
根据步骤四，得到试验数据后先通过公式(1)和(2)计算试验样件的失稳韧度
Figure BDA0002575622230000081
公式(1)和(2)为
Figure BDA0002575622230000082
Figure BDA0002575622230000083
公式(1)和(2)中的m为试验样件支座间质量，g为重力加速度，S为试验样件梁支座件的跨度，t为试验样件厚度，h为试验样件高度，试验样件表面荷载P达到峰值荷载Fmax时，裂缝张口位移达到临界值Vc，裂缝长度发展到有效裂缝长度ac，通过公式(3)和(4)计算出有效裂缝长度ac的值，公式(3)和(4)为
Figure BDA0002575622230000091
Figure BDA0002575622230000092
公式(3)和(4)中的h0为刀口薄钢板的厚度，E为计算弹性模量，a0为初始裂缝长度，ci为试验样件初始V/P值，再通过公式(5)和(6)计算出试验样件的起裂韧度
Figure BDA0002575622230000093
公式(5)和(6)为
Figure BDA0002575622230000094
Figure BDA0002575622230000095
式(5)和(6)中的FQ为起裂荷载，然后通过公式(7)计算出试验样件的断裂能GF，公式(7)为
Figure BDA0002575622230000096
公式(7)中的W0为荷载-挠度曲线下的面积，m为试验样件支座间的质量、试件上垫片及传感器质量之和，δ0为试件破坏时的跨中挠度，最后根据不同温度和湿度处理后的试验样件的试验结果进行对比分析，得出不同温度和湿度对试样样件的断裂性能的影响。
该基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法先通过严格的原料配合比制备出具有代表性的橡胶混凝土试验样品，再根据试验要求对橡胶混凝土试验样件进行不同温度和湿度的处理，从而模拟出试验样件进行日常使用环境，之后通过万能试验机和DIC系统对橡胶混凝土试验样件进行断裂试验并进行试验观察，从而通过宏观力学性能试验研究橡胶混凝土在不同温湿度环境下断裂性能并对实验结果进行科学严谨的公式计算，以计算结果来分析橡胶混凝土断裂性能受温度和湿度的影响，本发明的试验分析方法科学严谨，贴合实际，试验分析得出的结论具有代表性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：试验样件制备
先对搅拌机进行清洗，接着依次将称好的石灰岩碎粒、河砂粒、橡胶碎粒和水泥加入搅拌机进行搅拌并在搅拌过程中均匀加入称好的自来水持续搅拌5分钟，待搅拌均匀后将混合后的混凝土卸载待木模板上并立即装入预先涂抹脱模剂的试模中，然后将试模放到振动台上并加压振动2分钟，待混凝土成型后通过橡胶锤均匀锤击试模侧壁，之后用湿布对成型后的混凝土表面进行覆盖并在通风阴凉的室内静置20h，得到橡胶混凝土试样；
步骤二：试验样件环境模拟
根据步骤一，将制备的橡胶混凝土试样送至标准养护室养护并根据试验要求对试验样件进行规定龄期的养护，待养护时间达标后采用高低温交变湿热试验箱和水箱浸泡的方式对橡胶混凝土试验样件所处的温度和湿度进行调节改变，以模拟橡胶混凝土实际使用中所处的不同复杂温湿度环境；
步骤三：试验样件预处理
根据步骤二，选取垂直于试验待受压面且比较平整的面作为DIC试验观测面，对经过不同温湿度环境处理后试验样件的观测表面采用人工喷涂的方式制作散斑，制斑材料选用黑白双色哑光漆，先均匀喷涂白色漆制作白色底面，再随机喷涂黑色漆制作黑色斑点，然后在试验样件相对观测面的底端对称开设两条预制缝，得到待试验的橡胶混凝土试验样件；
步骤四：进行试验
根据步骤三，先将支座放置到万能试验机试验台中心位置并将制斑后的试验样件放置到支座上，再将加载垫板放置到试验样件顶端并在加载垫板上放置荷载传感器，接着在试验样件底部预制缝两侧粘贴刀口薄钢板并将夹式引伸计夹在两个刀口薄钢板之间，然后将位移计压缩后顶在刀口薄钢板上并通过支架固定，之后通过万能试验机对试验样件进行位移加载并开启DIC系统进行观测采集，在试验样件破坏后停止加载并对各试验数据进行读取和储存，同时对试验样件进行观察并拍照留存，最后整理仪器并清理设备为下一个试验做准备；
步骤五：试验结果整理分析
根据步骤四，得到试验数据后先通过公式(1)和(2)计算试验样件的失稳韧度
Figure FDA0002575622220000021
公式(1)和(2)为
Figure FDA0002575622220000022
Figure FDA0002575622220000023
试验样件表面荷载P达到峰值荷载Fmax时，裂缝张口位移达到临界值Vc，裂缝长度发展到有效裂缝长度ac，通过公式(3)和(4)计算出有效裂缝长度ac的值，公式(3)和(4)为
Figure FDA0002575622220000031
Figure FDA0002575622220000032
再通过公式(5)和(6)计算出试验样件的起裂韧度
Figure FDA0002575622220000033
公式(5)和(6)为
Figure FDA0002575622220000034
Figure FDA0002575622220000035
然后通过公式(7)计算出试验样件的断裂能GF，公式(7)为
Figure FDA0002575622220000036
最后根据不同温度和湿度处理后的试验样件的试验结果进行对比分析，得出不同温度和湿度对试样样件的断裂性能的影响。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，其特征在于：所述步骤一中，搅拌机为强制性卧式搅拌机，搅拌机清洗后先按规定的配合比要求将少量的石灰岩碎粒、河砂粒、橡胶碎粒、水泥和水倒入搅拌机中涮膛直至搅拌机内壁挂浆，接着倒去多余混凝土砂浆，以防止正式拌合时水泥浆挂失影响混凝土配合比。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，其特征在于：所述步骤二中，高低温交变湿热试验箱设置的温度分别为-20℃、5℃、20℃和70℃，设置的湿度分别为20％、45％、85％和100％，环境模拟时间为15天。
4.根据权利要求1所述的一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，其特征在于：所述步骤四中，在采用DIC系统对试件进行观测前，先将系统中的相机镜头对准试验样件观测区域，再调整相机镜头的光圈、焦距和偏振，接着调整灯光的方向与偏振，以达到最佳观测效果，在试验样件表面变形过程的图像采集后对系统进行标定，通过标定参数将图像坐标重投影到世界坐标，实现试件的变形的测量。
5.根据权利要求1所述的一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，其特征在于：所述步骤五中，公式(1)和(2)中的m为试验样件支座间质量，g为重力加速度，S为试验样件梁支座件的跨度，t为试验样件厚度，h为试验样件高度。
6.根据权利要求1所述的一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，其特征在于：所述步骤五中，公式(3)和(4)中的h0为刀口薄钢板的厚度，E为计算弹性模量，a0为初始裂缝长度，ci为试验样件初始V/P值。
7.根据权利要求1所述的一种基于温度和湿度变化的橡胶混凝土断裂性能分析方法，其特征在于：所述步骤五中，公式(5)和(6)中的FQ为起裂荷载，公式(7)中的W0为荷载-挠度曲线下的面积，m为试验样件支座间的质量、试件上垫片及传感器质量之和，δ0为试件破坏时的跨中挠度。
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