自密实轻质弹性混凝土性能与应用研究

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1、分类号:TU310710-2014028006博士学位论文自密实轻质弹性混凝土性能与应用研究吕晶导师姓名职称周天华教授申请学位类别工学博士学科专业名称结构工程论文提交日期2017年4月26日论文答辩日期2017年12月20日学位授予单位长安大学万方数据ResearchonthePerformanceandApplicationofSelf-compactingLightweightElasticConcreteADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：LvJingSupervisor：Prof.ZhouTianh

2、uaChang’anUniversity,Xi’an,China万方数据万方数据摘要本文在“自密实轻集料混凝土”和“橡胶混凝土”已有研究的基础上，首次将橡胶颗粒掺入自密实轻集料混凝土制备了具有自密实、轻质和弹性等优异性能的新型绿色环保型建筑材料——自密实轻质弹性混凝土，该材料兼有自密实轻集料混凝土和橡胶混凝土的优点，同时克服了二者的缺点，具有广泛的应用前景。为了系统研究自密实轻质弹性混凝土工作性能（施工性能）和主要静动力性能，探索其在轻型房屋楼板、楼盖以及动力设备基础等特殊领域的应用前景，本文主要开展以下研究内容：1.首次研发了自密实轻质弹性混凝土并对其工作性能（施工性能）

3、进行了研究在自密实轻集料混凝土配合比设计方法的基础上，通过配合比优化设计和反复多次的试验验证制备了工作性能优异的自密实轻质弹性混凝土，研究了橡胶颗粒对自密实轻质弹性混凝土中砂浆浆体工作性能和混凝土工作性能的影响规律，结果表明：橡胶颗粒等体积替代河砂后制备的砂浆浆体仍属于Bingham流体；所制备自密实轻质弹性混凝土工作性能良好，可实现自密实效果；自密实轻质弹性混凝土工作性能与砂浆浆体流变性能间具有良好的线性相关性。2.系统研究了自密实轻质弹性混凝土静力性能（1）研究了自密实轻质弹性混凝土28d干表观密度、立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量、比强度

4、、拉压比和折压比随橡胶颗粒替代率的变化规律，结果表明：随着橡胶颗粒替代率的增大，自密实轻质弹性混凝土28d干表观密度、立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量和比强度均降低，拉压比和折压比提高。（2）测得了自密实轻质弹性混凝土棱柱体单轴受压应力-应变全曲线，采用两段式建立了单轴受压应力-应变本构模型，结果表明：随着橡胶颗粒替代率的提高，自密实轻质弹性混凝土峰值应力降低，峰值应变提高，应力-应变曲线下降段渐趋平缓，破坏过程趋于延性破坏。（3）测试了自密实轻质弹性混凝土不同龄期总收缩应变，在中国建筑科学研究院模型的基础上建立了自密实轻质弹性混凝土收缩应变预

5、测模型，结果表明：橡胶颗粒替代率的提高和龄期的延长均会增大自密实轻质弹性混凝土收缩应变；本文提出的收缩应变预测模型可以作为自密实轻质弹性混凝土各龄期总收缩应变预测模型。3.系统研究了自密实轻质弹性混凝土主要动力性能I万方数据（1）测试了自密实轻质弹性混凝土单轴受压疲劳应变、残余应变和疲劳寿命，基于可靠度理论建立了不同失效概率时的双对数疲劳方程，结果表明：疲劳应变曲线和残余应变曲线基本符合三阶段模型；采用Weibull分布模型可较准确的统计分析自密实轻质弹性混凝土疲劳寿命；橡胶颗粒替代率30%时，自密实轻质弹性混凝土疲劳性能最佳。（2）测试了不同损伤程度自密实轻质弹性混凝土悬

6、臂梁振动时程曲线，分析了阻尼比和基本周期变化规律，定义了损伤指数并建立了其与阻尼比的相关关系，结果表明：橡胶颗粒的掺入显著提高了自密实轻质弹性混凝土阻尼性能；随着损伤控制位移的增大，自密实轻质弹性混凝土悬臂梁阻尼比先增大后减小，基本频率不断减小；相同损伤指数时，阻尼比随橡胶颗粒替代率的提高而增大；随着损伤指数的增大，阻尼比呈现先增大后减小趋势。4.首次将自密实轻质弹性混凝土应用于组合楼板、组合楼盖和动力设备基础，并对其性能开展了探索性研究（1）设计制作了4块压型钢板-自密实轻质弹性混凝土组合楼板，其中混凝土分别选用未掺橡胶颗粒的自密实轻集料混凝土和橡胶颗粒替代率为30%的自

7、密实轻质弹性混凝土，剪跨分别为450mm和800mm。通过对组合楼板受弯时的破坏形态、破坏过程、承载力、变形、滑移等性能进行系统分析，提出了压型钢板-自密实轻质弹性混凝土组合楼板正截面抗弯承载力计算方法。（2）采用ABAQUS软件建立了冷弯薄壁型钢-自密实轻质弹性混凝土组合楼盖模型，分析了不同橡胶颗粒替代率的自密实轻质弹性混凝土组合楼盖振动舒适度性能。（3）采用ANSYS软件建立了地基-大块式混凝土基础-动力设备三者相互作用的三维有限元模型，对比分析了普通混凝土、未掺橡胶颗粒的自密实轻集料混凝土和橡胶颗粒替代率为3