橡胶粉改性活性粉末混凝土冲击压缩性能研究

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1、橡胶粉改性活性粉末混凝土冲击压缩性能研究StudyondynamicmechanicalpropertiesofReactivePowderConcretemodifiedbyrubberpowder工程领域：建筑与土木工程作者姓名：郭文健指导教师：朱涵教授企业导师：高翔高级工程师天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，RPC）作为一种超高性能混凝土，具有超高强度、高耐久性、体积稳定性良好等优点，在建筑结构、核工程和抗爆结构等领域得到了广泛的应用。在实

2、际工程应用中，活性粉末混凝土不可避免的承受撞击、地震、爆炸等动力荷载，此时混凝土表现出不同于准静态加载时的力学特性，对活性粉末混凝土的抗冲击性能提出了更高的要求。而目前关于活性粉末混凝土的研究多集中在制备技术、准静态力学性能等方面的研究，对于冲击荷载作用下的动态力学性能和冲击韧性的研究相对较少，因此本文针对这方面进行了系统的研究。本文采用∅38mm分离式霍普金森压杆试验装置，对不同橡胶粉掺量（等体积替代法，0%、5%、10%和15%）的活性粉末混凝土进行了不同应变率下的冲击压缩试验，得到了橡胶粉改性RPC的冲击破

3、坏形态和应力-应变曲线，分析了橡胶粉改性RPC峰值应力和峰值应变的应变率效应。研究结果表明，橡胶粉改性RPC是一种应变率敏感材料，其中峰值应力随着应变率的增大而增加，而随着橡胶粉掺量的增加，材料的动力增长系数不断增大；峰值应变随着应变率的增大而增大，橡胶粉的掺入会增大试件的峰值应变。引入比能量吸收指标评价材料的冲击韧性，结果表明橡胶粉改性RPC的冲击韧性随着应变率的增大而增强，最大增幅达25.6%，随着橡胶粉掺量的增加而增强。根据应变等价性假说建立材料动态损伤本构模型，基于Weibull分布确定材料的损伤变量D。

4、该动态损伤模型参数简单，使用方便，可以通过参数m值反映材料的韧性；将计算所得橡胶粉改性RPC动态损伤本构模型与试验曲线对比，两者具有较好的一致性，验证了该模型的有效性。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，建立橡胶粉改性RPC在冲击荷载作用下的有限元模型，确定材料HJC本构模型参数，获得了试件在整个加载过程中应力、应变变化规律，再现了试件的冲击破坏形态，数值模拟结果与试验结果吻合度较高。RPC在抗冲击、抗爆结构中的应用是目前混凝土材料的前沿研究，本文系统的分析了橡胶粉改性RPC的动态力学性能，提升了材料的

5、抗冲击性能和冲击韧性，使RPC在工程领域中的应用更具优势。关键词：分离式霍普金森压杆，活性粉末混凝土，橡胶粉，应变率，本构模型，LS-DYNAIABSTRACTReactivepowderconcreteisakindofultra-highperformanceconcretewhichhasmanyadvantages,suchasgoodmechanicalproperties,remarkablevolumestabilityandexcellentdurability,andithasbeenwidel

6、yusedinthefieldsofconstruction,nuclearengineeringandanti-explosionstructure.Inpracticalapplication,ReactivePowderConcrete(RPC)isinevitablysubjectedtodynamicloadsuchasimpact,earthquakeandexplosion,andconcreteshowsdifferentmechanicalpropertiesatquasi-staticload

7、ing,whichposeshigherrequirementsontheimpactresistanceofRPC.Atpresent,theresearchesonRPCconcentrateonthepreparationtechnologyandquasi-staticmechanicalproperties,however,thestudiesofdynamicmechanicalpropertiesandimpacttoughnessunderimpactloadingarerelativelyabs

8、ent.Thispaperaimstoinitiatesystematicstudytoonthisaspect.Inthispaper,theimpactcompressiontestsofRPCwithdifferentrubberpowdercontent(equalvolumesubstitutionmethod,0%,5%,10%and15%)werecarri