2023年7月25日发(作者：)

第35卷第12期2009年12月北京工业大学学报JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.35No.12Dec.2009表面处理的橡胶颗粒对混凝土阻尼性能的影响刘娟红1,宋少民2(11北京科技大学土木与环境工程学院,北京　100083;21北京建筑工程学院土木与交通工程学院,北京　100044)摘　要:为了探索橡胶粉对混凝土抗震性能的影响,研究表面处理后的橡胶颗粒对混凝土强度、弹性模量以及阻尼比的影响.试验结果表明:界面处理剂能改善橡胶颗粒与水泥基体界面的薄弱层,当表面处理过的橡胶颗粒掺量小于15%时,混凝土的强度无明显降低,对于加入表面处理过的橡胶颗粒的混凝土构件,加速度的衰减速度随橡胶颗粒掺量的增加而增大;橡胶颗粒的加入,能明显增加混凝土的阻尼比,掺入15%表面处理的橡胶颗粒混凝土,强度损失不大,弹性模量降低13%,阻尼比提高34%,抗震性能得到改善.关键词:表面处理;橡胶颗粒;混凝土;阻尼比;抗震性能中图分类号:TU528文献标志码:A文章编号:0254-0037(2009)12-1619-05　　普通混凝土抗压强度较高,但阻尼系数较小,内部存在许多微细裂缝,微裂缝在反复作用荷载下极易扩展,严重影响了其耐久性以及抵抗地震荷载和反复冲击荷载等能力.目前,对混凝土材料阻尼性能的研究主要集中在聚合物混凝土上[124].橡胶混凝土是在混凝土基体中加入橡胶粉或者橡胶颗粒,能提高混凝土的抗裂性能[529].近几年,同济大学、天津大学、南华大学等学者对橡胶粉混凝土的阻尼性能进行了研究,但加入的橡胶粉未经表面处理[10212].未经表面处理的橡胶粉加入到混凝土中,虽然能使混凝土的阻尼比有较大的提高,但对混凝土强度的损失也非常大.本文研究表面处理后的橡胶颗粒对混凝土强度、弹性模量以及阻尼比的影响.1　原材料水泥为北京兴发水泥厂生产的P.O4215水泥,其性能参数见表1;粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰,烧失量018%,需水量比95%,细度1012%;细骨料为天然中砂,表观密度2650kg/m3,细度模数2176;粗骨料选用涿州碎石,最大粒径20mm,连续级配,表观密度2780kg/m3,压碎指标1017%;橡胶颗粒为天津市武清橡胶粉厂生产的2mm橡胶颗粒,表观密度117018kg/m3.橡胶颗粒表面处理剂、外加剂为北京瑞博公司生产的泵送剂,减水率约为20%.表1　水泥的主要性能Table1　Themainphysicalpropertiesofcement凝结时间/min初凝140抗压强度/MPa3d231628d4813抗折强度/MPa细度/%标准稠度用水量/%283d41628d719310终凝1922　试验方法与配合比211　强度与弹性模型量试验　　根据GB/T50081—2002,抗压强度试件尺寸为100mm×100mm×100mm.抗折强度试件尺寸为收稿日期:2009208209.基金项目:北京市教育委员会科技资助项目(KM2).),女,博士,副教授.作者简介:刘娟红(1966—© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1620北　京　工　业　大　学　学　报2009年100mm×100mm×400mm,采用三分点加荷方式.试件成型后在室温中养护1d后拆模,放入标准养护室养护到28d,测其性能.按照GB/T50081—2002进行.弹性模量试验采用100mm×100mm×300mm规格的试件3块.试件的成型与养护同强度试验.212　阻尼试验本实验采用自由衰减法测构件的阻尼比,试验用简支梁尺寸为180mm×120mm×1700mm,自然养护时间28d.试验时将试件固定在试验台座上,用敲击锤轻击试件,使之振动,由于有阻尼的存在,振幅将随试件衰减,最后趋于消失.振动信号通过拾振器传送给信号采集分析系统[11],系统首先输出原始的未滤波的时程曲线,该振动曲线是由各种不同频率的振动信号以某种函数形式叠加形成的.系统通过FFT(快速傅里叶变换法)进行自谱分析,得到时域波形幅值谱,根据当前频谱谱峰的频率值进行滤波后,输出振动信号的单频时域曲线,再利用阻尼公式得出构件在该频率下的阻尼值.213　混凝土配合比分别对未掺橡胶颗粒、掺表面处理过的橡胶颗粒(掺量分别为10%、15%、20%)、掺界面未处理的橡胶颗粒(10%)的混凝土进行试验,试验配合比见表2.表2　橡胶混凝土配合比Table2　ThemixedproportionsofRubberConcretekg・m-3试件编号①②③④⑤水泥350水170粉煤灰150橡胶颗粒砂709石978978978978978外加剂13572868　试验结果与分析311　橡胶颗粒对混凝土强度的影响　　试件的强度、弹性模量、阻尼比见表3.混凝土抗压强度随着橡胶颗粒掺量的增加有所降低,但当表面处理过的橡胶颗粒掺量在15%以内时,对强度的影响不大.未经处理的橡胶颗粒对混凝土强度降低较大,当橡胶颗粒掺量为10%时,抗压强度降低22%,抗折强度降低28%.表3　橡胶混凝土试验数据Table3　TestresultsofRubberConcrete试件编号3d7d353433302928d5148484240抗压强度/MPa28d抗折强度/MPa7515弹性模量/GPa371103012阻尼比010595①②③④⑤2726262221　　橡胶颗粒表面呈憎水性,与无机胶凝材料不浸润,和混凝土基体表面黏结较薄弱.橡胶颗粒弹性远大© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 　第12期刘娟红,等:表面处理的橡胶颗粒对混凝土阻尼性能的影响1621于水泥基材料,在橡胶颗粒混凝土受压时,橡胶颗粒的变形远大于混凝土的变形,表面处极易破坏.而掺加表面处理剂,对橡胶颗粒进行预处理,橡胶颗粒会和表面处理剂形成较理想界面,再将处理后的橡胶颗粒和其他材料一起搅拌,橡胶颗粒混凝土的脆弱表面在一定程度上得到改善,所以,表面处理后的橡胶颗粒混凝土能保持橡胶颗粒混凝土的优点而对其强度影响不大.图1清楚地展示了橡胶颗粒和水泥基体的表面.从图1(a)可以看出橡胶颗粒与水泥基表面黏结很不理想,橡胶颗粒表面光滑,水化产物在橡胶颗粒上不能很好地附着.从图1(b)可以看到,橡胶颗粒与水泥基体表面的薄弱层得到明显改善,一些水化产物在橡胶颗粒生长,抗压强度比未处理的橡胶颗粒混凝土的强度提高20%.图1　橡胶颗粒(掺量10%)混凝土的SEM图Fig.1　SEMimageofconcretewithrubberparticles(10%)　312　橡胶颗粒对混凝土弹性模量的影响橡胶混凝土的弹性模量相对于普通混凝土有一定程度的降低,橡胶颗粒的掺入,降低了混凝土的刚性,增大了柔性.对胶粒改性后,试样弹性模量降低幅度较小,由于增强橡胶颗粒与水泥基材料的黏结力,减少了有害界面的数量,使混凝土密实性增强,增强了橡胶粉桥接作用.从而增强橡胶混凝土的强度,其应变性能有一定下降,弹性模量相应地增大.313　橡胶颗粒对混凝土阻尼性能的影响配比①至⑤混凝土简支梁典型的滤波后振幅衰减曲线如图2所示.对于经表面处理的橡胶颗粒混凝土,加速度的衰减速度随橡胶颗粒掺量的增加而增大,掺入10%经表面处理的橡胶颗粒,混凝土的加速度的衰减速度大约在28,掺入20%橡胶颗粒,混凝土的加速度的衰减速度大约在33.而表面未处理的橡胶颗粒的加入,大大增加了加速度的衰减速度,掺入10%表面未处理的橡胶颗粒,混凝土的加速度的衰减速度大约在40.而普通混凝土的加速度的衰减速度在24左右.利用曲线通过阻尼计算公式对各个配比的混凝土构件的阻尼比进行计算,普通混凝土构件的阻尼比为010178;10%、15%、20%掺量的经界面处理的橡胶颗粒混凝土构件的阻尼比分别为010202、010235、010277,阻尼比分别提高11%、34%、56%;掺入10%表面未处理的橡胶颗粒,混凝土构件的阻尼比为010595,阻尼比提高230%.经表面处理后的橡胶颗粒混凝土构件,随着橡胶颗粒掺量的增加,其阻尼比逐渐增大,比普通混凝土构件的阻尼比有明显提高;未经表面处理的橡胶粉混凝土构件,由于其内部增加了骨料界面之间的摩擦损耗,阻尼比有了更大幅度提高.这是因为橡胶是一种黏弹性材料,将橡胶颗粒掺入混凝土中,其填充行为和本身的弹性行为可改善混凝土内部孔隙结构,能有效地吸收振动能,阻尼也会相应的提高,从而具有减振降噪的功能.当对橡胶粉界面处理后,增强了其与水泥浆体的黏结力,减小了界面摩擦.未做表面处理的橡胶颗粒尽管能大大增加混凝土的阻尼比,但对混凝土强度的降低比较大.掺入© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1622北　京　工　业　大　学　学　报2009年图2　橡胶混凝土构件震动时程曲线图Fig.2　TypicaldampingcurvesintimedomainofRubberConcrete　15%橡胶颗粒(界面处理)的混凝土,强度损失不大,弹性模量降低13%,阻尼比提高34%,抗震性能得到改善.4　结论1)在混凝土中加入橡胶颗粒,混凝土的强度、弹性模量有一定的降低,随着橡胶颗粒掺量的增加,强度降低得越多.2)表面处理剂能改善橡胶颗粒与水泥基体表面的薄弱层,当表面处理的橡胶颗粒掺量在15%以下时,橡胶混凝土的强度无明显降低.3)对于经表面处理的橡胶颗粒混凝土构件,加速度的衰减速度随橡胶颗粒掺量的增加而增大;而表面未处理的橡胶颗粒的加入,大大增加了加速度的衰减速度.4)橡胶颗粒的加入,能明显增加混凝土的阻尼比,掺入10%、15%、20%掺量的经表面处理的橡胶颗粒混凝土构件的阻尼比比普通混凝土分别提高11%、34%、56%.5)掺入15%经表面处理的橡胶颗粒混凝土,强度损失不大,弹性模量降低13%,阻尼比提高34%,抗震性能得到改善.参考文献:[1]李湘洲.国内外聚合物混凝土现状与趋势[J].房材与应用,1996(1):tusqueandtrendofthepolymerconcreteovertheworld[J].HousingMaterials&Applications,1996(1):42245.(inChinese)[2]IOANACF,researchonenhancementofdampinginpolymercomposites[J].CompositeStructures,1999(44):89298.[3]r2modifiedconcretereview[J].JournalofMaterialsinCivilEngineering,1997(5):85292.[4]icationofpolymerconcreteindoubleresilientmountingsystemofdieselengineering[C]∥6thICPIC,Shanghai:[s.n.],1990:6772704.[5]宋少民,刘娟红,金树新.橡胶粉改性的高韧性混凝土研究[J].混凝土与水泥制品,1997(1):ao2min,LIUJuan2hong,chonhighductilityconcretemodifiedbyrubberpowder[J].ChinaConcreteandCementProducts,1997(1):10211.(inChinese)© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 　第12期刘娟红,等:表面处理的橡胶颗粒对混凝土阻尼性能的影响1623[6]PIERCECE,ialofscraptirerubberaslightweightaggregateinflowablefill[J].WasteManagement,2003,23(3):1972208.[7]刘娟红,邢锋,钟兰兰.橡胶粉混凝土简支梁静力荷载下性能研究[J].武汉理工大学学报,2007,29(12):n2hong,XINGFeng,chonsimply2supportedbeamunderstaticloadofrubberpowderconcrete[J].JournalofWuhanUniversityofTechnology,2007,29(12):24228.(inChinese)[8]李悦,吴玉生,王敏,等.橡胶集料混凝土物理力学性能研究[J].武汉理工大学学报,2008,30(1):,WUYu2sheng,WANGMin,alandmechanicalpropertiesofrubberconcrete[J].JournalofWuhanUniversityofTechnology,2008,30(1):55257.(inChinese)[9]ofrubbertireparticlesinconcretetore2placemineralaggregates[J].CementandConcreteComposites,1996,18(2):135-137.[10]袁勇,郑磊.橡胶混凝土动力性能试验研究[J].同济大学学报:自然科学版,2008,36(9):ng,mentalstudyondynamicpropertiesofrubberizedconcrete[J].JournalofTongjiUniversity:NaturalScience,2008,36(9):118621190.(inChinese)[11]许静,朱涵,刘春生,等.橡胶集料混凝土阻尼比的初步试验研究[J].混凝土,2005(11):,ZHUHan,LIUChun2sheng,inaryexperimentalstudiesondampingratioofcrumbrubberconcrete[J].Concrete,2005(11):41243.(inChinese)[12]陈振富,柯国军,胡绍全,等.橡胶混凝土小变形阻尼研究[J].噪声与振动控制,2004(3):en2fu,KEGuo2jun,HUShao2quan,ndampingofrubberpowderconcreteinsmalldeformation[J].NoiseandVibrationControl,2004(3):32234.(inChinese)EffectsofRubberParticlesTreatedSurfaceonConcreteDampingCapacityLIUJuan2hong1,SONGShao2min2(eofCivilandEnvironmentalEngineering,Beijing100083;ofCivilandTransportationEngineering,BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China)Abstract:Inordertoprobetheinfluenceofrubberpowdertowithstandearthquakeperformance,theeffectsofrubberparticlestreatedsurfaceonstrength,ultsshowthattheweaklayerbetweenrubberparticlesandcementmatrixinterfaceisimprovedbyaddinginterfacefinishingagent,andthestrengthofrubberizedconcretedoesn’tdecreasesignificantlywhenthemixingamountofrubberparticlestreatedsurfaceisbelow15%.ayrateofaccelerationincreaseswiththeincreasingofmixingamountofrubtion,thedampingratiosignificantlyincreaseswiththeincreasingofmixingamountofrubberparticles,andthereisn’tobviousstrengthlosswith15%ofmixingamountofrubberparticlestreatedsurface,elasticmodulusdecreasesto13%,butdampingratioincreasesto34%ds:treatedsurface;rubberparticles;concrete;dampingratio;seismicperformance(责任编辑　张士瑛)© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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