CN115206454A - 基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法 - Google Patents

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CN115206454A CN202210855078.6A CN202210855078A CN115206454A CN 115206454 A CN115206454 A CN 115206454A CN 202210855078 A CN202210855078 A CN 202210855078A CN 115206454 A CN115206454 A CN 115206454A
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刘来宝
官庆发
张礼华
陈晓强
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Abstract

本发明提供一种基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法，包括步骤：S1、选择一个基准混凝土配合比；S2、采用橡胶集料等体积替换基准混凝土中的普通细骨料，并开展不同橡胶集料掺量的混凝土抗压强度预试验；S3、对试验数据进行回归分析，并建立橡胶混凝土强度软化模型，以确定所需强度等级的橡胶混凝土所对应的橡胶集料掺量，或确定所需橡胶集料掺量的橡胶混凝土抗压强度等级；S4、若S3中确定的橡胶集料掺量或橡胶混凝土抗压强度等级满足所需，则完成橡胶混凝土配合比设计，反之，则重新选择一个基准混凝土配合比。本发明实现了不同抗压强度等级的橡胶混凝土配合比设计。

Description

基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法
技术领域
本发明涉及橡胶混凝土技术领域，具体涉及一种基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法。
背景技术
为了解决废橡胶轮胎带来的环境污染问题，研究者将废橡胶轮胎加工成橡胶集料，并利用橡胶集料来制备橡胶混凝土。研究发现，掺入橡胶集料能够显著改善混凝土可持续塑性变形承载能力、损伤容限和韧性。然而，随着橡胶集料掺量增加，混凝土抗压强度降低。
为了实现所需强度等级的橡胶混凝土配合比设计，试验者首先会选择一个强度等级较高的基准混凝土配合比。在此基础上，采用橡胶集料等体积替换基准混凝土中的普通细骨料，并开展不同橡胶集料掺量的混凝土抗压强度预试验。随后，对试验数据进行回归分析，并建立强度软化模型，以确定所需强度等级的橡胶混凝土所对应的橡胶集料掺量，最终确定橡胶混凝土配合比。
需要指出的是，现有模型均以橡胶集料替换率为自变量，而实际上，橡胶集料替换率会随着基准混凝土配合比的变化而变化，也就是说，一个试验者建立的数学模型不能用于其他试验者，因此现有模型不具有普适性。另一方面，现有模型没有考虑橡胶集料粒径影响因素，换句话讲，当橡胶集料粒径变化后(比如橡胶粉变化为碎橡胶颗粒)，现有模型预测精度将显著降低。基于此，建立一个普适性强、预测精度高的橡胶混凝土强度软化模型，对指导橡胶混凝土配合比设计具有现实意义。
发明内容
发明目的：本发明的目的是建立一个普适性强、预测精度高的抗压强度软化模型，以实现橡胶混凝土配合比设计。
具体的技术方案：
本发明所述的基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法，包括以下步骤：
S1、选择一个基准混凝土配合比(基准混凝土抗压强度等级应大于橡胶混凝土抗压强度等级)；
S2、采用橡胶集料等体积替换基准混凝土中的普通细骨料，并开展不同橡胶集料掺量的混凝土抗压强度预试验；
S3、对试验数据进行回归分析，并建立橡胶混凝土强度软化模型，以确定所需强度等级的橡胶混凝土所对应的橡胶集料掺量，或确定所需橡胶集料掺量的橡胶混凝土抗压强度等级。
S4、若S3中确定的橡胶集料掺量或橡胶混凝土抗压强度等级满足所需，则完成橡胶混凝土配合比设计，反之，则重新选择一个基准混凝土配合比。
优选的是，在S3中，橡胶混凝土强度软化模型被配置为包括：
S31、采用橡胶集料体积分数来描述橡胶集料掺量。橡胶集料体积分数可通过如下公式计算：
Figure BDA0003754093040000021
其中，VOR为橡胶集料绝对体积分数；WOR和ρOR分别为橡胶集料的质量和密度；Wi和ρi分别为其它材料的质量和密度，包括水、水泥、橡胶集料、普通细骨料和普通粗骨料。
S32、橡胶混凝土抗压强度可通过如下公式计算：
fRC＝fC·S* (2)
其中，fRC为橡胶混凝土抗压强度；fC为基准混凝土抗压强度；S*为橡胶混凝土强度软化模型；
优选的是，在S32中，橡胶混凝土强度软化模型被配置为包括：
S321、当橡胶集料为橡胶粉(橡胶集料名义粒径小于1mm)时，橡胶混凝土强度软化模型可通过如下公式计算：
Figure BDA0003754093040000023
其中，
Figure BDA0003754093040000022
为模型参数，其值为7.66～8.58；在该参数范围内，橡胶混凝土强度软化模型将具有良好的可预测性，反之，模型的可预测性降低。
S322、当橡胶集料为碎橡胶颗粒(橡胶集料名义粒径在1～5mm)时，橡胶混凝土强度软化模型可通过如下公式计算：
S*＝(1-VOR)λ (4)
其中，λ为模型参数，其值为8.41～9.07；在该参数范围内，橡胶混凝土强度软化模型将具有良好的可预测性，反之，模型的可预测性降低。
本发明具有的有益效果：
1、本发明基于橡胶混凝土强度软化模型，实现了不同抗压强度等级的橡胶混凝土配合比设计。得益于自变量为橡胶集料体积分数，橡胶混凝土强度软化模型可用于不同试验者的基准混凝土配合比，因此模型具有极强的普适性。具体来讲，不同实验者即便在不开展预试验的前提下，也能准确计算出不同橡胶集料掺量的混凝土抗压强度，这极大地缩短了该领域试验者的工作时长，提高了工作效率，并且节省了人力成本和材料成本。
2、本发明针对不同粒径的橡胶集料(包括橡胶粉和碎橡胶颗粒)，分别给出了相应的模型参数取值，实现了更高精度的抗压强度预测，以更好地指导橡胶混凝土配合比设计。
附图说明
图1为实施例1中强度等级分别为C45、C30和C25的橡胶混凝土抗压强度测试值与基于橡胶混凝土强度软化模型的计算值；
图2为实施例2中强度等级分别为C40、C30和C20的橡胶混凝土抗压强度测试值与基于橡胶混凝土强度软化模型的计算值。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
下面对本发明作进一步详细描述：
实施例1
(1)选取强度等级为C55的基准混凝土(抗压强度测试值为60.29MPa)，其配合比为：天然细骨料621kg/m3，天然粗骨料1394kg/m3，水泥405kg/m3，水158kg/m3。天然细骨料、天然粗骨料、水泥和水的密度分别为2650、2630、3150和1000kg/m3。
(2)选取橡胶粉作为橡胶集料，密度为1120kg/m3，
Figure BDA0003754093040000031
的取值为8.12。采用橡胶粉等体积替换基准混凝土中的天然细骨料，替换率分别为15％、30％和45％，对应的绝对体积分数分别为3.345％、6.690％和10.035％。
(3)基于橡胶混凝土强度软化模型，计算出橡胶集料体积分数为3.345％、6.690％和10.035％的橡胶混凝土抗压强度，其值分别为45.76、34.37和25.56MPa，对应的橡胶混凝土强度等级分别为C45、C30和C25。
如图1所示，图1为强度等级分别为C45、C30和C25的橡胶混凝土抗压强度测试值与基于橡胶混凝土强度软化模型的计算值，可以看出，试验值与计算值较为吻合，且平均误差小于1.4％。
实施例2
(1)选取强度等级为C55的基准混凝土(抗压强度测试值为60.29MPa)，其配合比为：天然细骨料621kg/m3，天然粗骨料1394kg/m3，水泥405kg/m3，水158kg/m3。天然细骨料、天然粗骨料、水泥和水的密度分别为2650、2630、3150和1000kg/m3。
(2)选取碎橡胶颗粒作为橡胶集料，密度为1120kg/m3，
Figure BDA0003754093040000032
的取值为8.73。采用碎橡胶颗粒等体积替换基准混凝土中的天然细骨料，替换率分别为15％、30％和45％，对应的绝对体积分数分别为3.345％、6.690％和10.035％。
(3)基于橡胶混凝土强度软化模型，计算出橡胶集料体积分数为3.345％、6.690％和10.035％的橡胶混凝土抗压强度，其值分别为44.80、32.92和23.94MPa，对应的橡胶混凝土强度等级分别为C40、C30和C20。
如图2所示，图2为强度等级分别为C40、C30和C20的橡胶混凝土抗压强度测试值与基于橡胶混凝土强度软化模型的计算值，可以看出，试验值与计算值较为吻合，且平均误差小于2.8％。

Claims (5)

1.基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择一个基准混凝土配合比；
S2、采用橡胶集料等体积替换基准混凝土中的普通细骨料，并开展不同橡胶集料掺量的混凝土抗压强度预试验；
S3、对试验数据进行回归分析，并建立橡胶混凝土强度软化模型，以确定所需强度等级的橡胶混凝土所对应的橡胶集料掺量，或确定所需橡胶集料掺量的橡胶混凝土抗压强度等级；
S4、若S3中确定的橡胶集料掺量或橡胶混凝土抗压强度等级满足所需，则完成橡胶混凝土配合比设计，反之，则重新选择一个基准混凝土配合比。
2.根据权利要求1所述的基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法，其特征在于，在S3中，橡胶混凝土强度软化模型被配置为包括：
S31、采用橡胶集料体积分数来描述橡胶集料掺量；橡胶集料体积分数通过如下公式计算：
Figure FDA0003754093030000011
其中，VOR为橡胶集料绝对体积分数；WOR和ρOR分别为橡胶集料的质量和密度；Wi和ρi分别为其它材料的质量和密度，包括水、水泥、橡胶集料、普通细骨料和普通粗骨料。
S32、橡胶混凝土抗压强度通过如下公式计算：
fRC＝fC·S* (2)
其中，fRC为橡胶混凝土抗压强度；fC为基准混凝土抗压强度；S*为橡胶混凝土强度软化模型。
3.根据权利要求2所述的基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法，其特征在于，在S32中，橡胶混凝土强度软化模型被配置为包括：
S321、当橡胶集料为橡胶粉时，橡胶混凝土强度软化模型通过如下公式计算：
Figure FDA0003754093030000012
其中，
Figure FDA0003754093030000013
为模型参数，其值为7.66～8.58；在该参数范围内，橡胶混凝土强度软化模型将具有良好的可预测性，反之，模型的可预测性降低；
S322、当橡胶集料为碎橡胶颗粒时，橡胶混凝土强度软化模型通过如下公式计算：
S*＝(1-VOR)λ (4)
其中，λ为模型参数，其值为8.41～9.07；在该参数范围内，橡胶混凝土强度软化模型将具有良好的可预测性，反之，模型的可预测性降低。
4.根据权利要求1所述的基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述的基准混凝土抗压强度等级大于橡胶混凝土抗压强度等级。
5.根据权利要求1所述的基于抗压强度软化模型的橡胶混凝土配合比设计方法，其特征在于，S321中，橡胶集料名义粒径小于1mm时为橡胶粉；S322中，橡胶集料名义粒径在1～5mm时为碎橡胶颗粒。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116434894A (zh) * 2023-06-12 2023-07-14 合肥工业大学 一种钢渣替换细骨料混凝土的配合比设计方法及制作方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116434894A (zh) * 2023-06-12 2023-07-14 合肥工业大学 一种钢渣替换细骨料混凝土的配合比设计方法及制作方法
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