基于微观结构演化的橡胶混凝土高温力学和开裂性能研究

Studies have already shown that the use of rubber as concrete additives is not only beneficial in recycling of waste tire rubber and environmental protection, but also can improve the ductility, cracking resistance and durability of concrete. Based on this, many scholars try to use it in industrial and civil constructions. But as structures may accidentally or inevitably be in elevated temperatures, so the performances of rubberized concrete subjected to elevated temperatures should be studied before application. However, information about the properties of rubberized concrete subjected to elevated temperatures remains limited. The present research aims to study the performances of rubberized concrete subjected to elevated temperatures. The research contents are summarized as follows: study on mechanical properties of rubberized concrete subjected to elevated temperatures; study on cracking resistance of rubberized concrete subjected to elevated temperatures; experimental study on microstructure of rubberized concrete subjected to elevated temperatures. The objectives of the research are as follows: establish constitutive relationship model of rubberized concrete subjected to elevated temperatures, evaluate cracking resistance of rubberized concrete subjected to elevated temperatures, obtain the microstructure evolution through qualitative and quantitative analysis of the micro test results, then explain the mechanical and cracking phenomenons of rubberized concrete subjected to elevated temperatures based on microstructure evolution and reveal the mechanism of rubber influence on concrete preperties subjected to elevated temperatures.The results of the study will offer powerful theory support in rubberized concrete application.

已有研究表明，将橡胶掺入混凝土中不仅有利于保护环境，而且可以改善混凝土的脆性、抗开裂性能并提高材料的耐久性。基于此，很多学者尝试推广橡胶混凝土应用，将其引入结构工程中。但是建筑结构可能偶然或必然的处在高温环境中，因此要推广橡胶混凝土的结构应用，必须了解其高温性能，而目前对于橡胶混凝土高温性能的研究还很有限。本项目就是针对橡胶混凝土的高温性能研究而开展，主要包括三部分研究内容：橡胶混凝土高温力学性能研究；橡胶混凝土高温变形和抗开裂性能研究；高温环境下橡胶混凝土微观结构研究。研究目标是：建立橡胶混凝土高温力学本构关系模型；评价橡胶混凝土高温开裂性能；通过定性、定量分析研究微观试验结果，得出橡胶混凝土在高温环境下的微观结构演化规律；基于微观演化规律解释橡胶混凝土在高温环境下的力学和开裂现象，揭示橡胶对混凝土的高温性能影响的机理。研究结果将为橡胶混凝土的工程应用提供有力的理论支持。

将橡胶掺入混凝土中不仅有利于保护环境，而且可以改善混凝土的脆性并提高材料的耐久性。基于此，很多学者尝试推广橡胶混凝土应用，将其引入结构工程中。但是建筑结构可能偶然或必然的处在高温环境中，因此要推广橡胶混凝土的结构应用，必须了解其高温性能。基于此，团队从橡胶混凝土配合比优化设计、高温后宏观性能演变和微观结构演化等方面开展了相关的研究工作。.针对橡胶上浮的问题，通过图像处理方法确定了橡胶颗粒的分布，并采用掺加吸水树脂和纤维素醚的做法改善橡胶混凝土的上浮问题，同时进一步提升其抗开裂性能。且附加材料不会影响胶凝材料的水化产物。.设计了水泥基材料直接拉伸和开裂风险评价试验装置，基于DIC的试验方法实现了低强度或早龄期水泥基材料抗拉强度的测量。对橡胶混凝土高温后的宏观性能进行了受压和断裂试验研究，基于橡胶混凝土受压应力—应变全曲线，评价了橡胶对混凝土高温后的峰值抗压强度和弹性模量的影响，并进行了韧性评价，研究结果表明：高温作用后，橡胶混凝土的韧性降低明显，但是还是掺入橡胶颗粒量大的混凝土，其韧性指标更大。.基于热分析、CT技术、压汞试验、扫描电镜和超景深显微镜研究了橡胶混凝土高温过程中的孔结构和微观形貌演化规律。研究结果表明，高温过程中，橡胶的分解要早于水泥石，从230-250℃已经开始发生损伤；而第二段损伤发生在400-500℃，即橡胶和水泥石均发生热分解造成材料破坏，且橡胶主要分解温度和水泥石分解的温度具有一致性。在温度达到600℃和800℃后，试件表面已经难以发现橡胶颗粒。橡胶掺入混凝土中，对混凝土高温后（400℃和600℃）的小孔径孔隙结构的影响不大，即橡胶掺入主要影响混凝土中大孔径孔隙的劣化。.研究结果表明，橡胶掺入后，在200℃-400℃的条件下仍然可以改善混凝土的韧性。但是橡胶受热后分解温度较低，且会放出烟气，因而建议作为路面材料使用，在民用建筑中使用橡胶混凝土需做好消防设计。