冉 雪 美

(安徽理工大學(xué)礦山地下工程教育部工程研究中心，安徽 淮南　232001)

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EPS顆粒對(duì)混凝土沖擊吸能特性影響分析

冉 雪 美

(安徽理工大學(xué)礦山地下工程教育部工程研究中心，安徽 淮南232001)

對(duì)5種不同EPS顆粒體積摻量的混凝土進(jìn)行單軸沖擊壓縮試驗(yàn)，并分析不同EPS顆粒體積摻量混凝土的沖擊吸能特性。試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝土比能量吸收隨應(yīng)變率的增加而增加，具有顯著的應(yīng)變率效應(yīng)；根據(jù)比能量吸收，得出EPS顆粒體積摻量在10%～30%之間，EPS混凝土沖擊吸能特性優(yōu)于普通混凝土，應(yīng)變率為60 s-1時(shí)EPS顆粒體積摻量為30%時(shí)沖擊吸能特性最好。

EPS混凝土，應(yīng)變率，吸能特性

1　概述

EPS混凝土的研究最早開始于20世紀(jì)50年代，德、法為了解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，將廢棄EPS顆粒加入混凝土中制作EPS混凝土。隨后，大量學(xué)者對(duì)EPS混凝土靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了研究，但由于其具有良好的抗沖擊性能，對(duì)其沖擊吸能特性的研究很有必要。白二雷[1]采用分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)裝置，研究了EPS顆粒對(duì)混凝土的增韌效應(yīng)，探討了EPS顆粒對(duì)混凝土的增韌機(jī)理。胡澤斌[2]分析了應(yīng)變率效應(yīng)以及 EPS顆粒體積摻量對(duì)EPS混凝土吸能特性的影響，探討了能量吸收特性與試件破壞形態(tài)之間的關(guān)系。丁國(guó)博等[3]采用SHPB試驗(yàn)裝置研究了EPS混凝土緩沖吸能特性，試驗(yàn)結(jié)果表明：應(yīng)變率增加，EPS混凝土的緩沖吸能特性近似呈線性增加，應(yīng)變率效應(yīng)顯著。但目前關(guān)于EPS混凝土沖擊吸能特性的研究還較少，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要意義。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照EPS顆粒體積摻量的不同將EPS混凝土試件分成5組。每組EPS混凝土試件采用三種不同氣壓進(jìn)行沖擊壓縮試驗(yàn)。采用單位體積混凝土吸收沖擊應(yīng)力波的能量大小，即比能量吸收a來表征EPS混凝土的沖擊吸能特性[4]：

其中，A和As分別為壓桿和試件的橫截面面積；C為壓桿彈性縱波波速；E為壓桿彈性模量；ls為試件厚度；εi，εr，εt分別為入射、反射、透射應(yīng)變。

試驗(yàn)結(jié)果見表1，表中的平均應(yīng)變率為試件從應(yīng)力均勻性時(shí)刻到試件破壞時(shí)刻之間的應(yīng)變率平均值。

3　EPS混凝土沖擊吸能特性分析

根據(jù)表1繪制EPS混凝土比能量吸收與應(yīng)變率的關(guān)系，見圖1。

表1　EPS混凝土SHPB試驗(yàn)結(jié)果

從圖1可看出，隨著應(yīng)變率的增加，混凝土的比能量吸收逐漸增加，具有明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，這主要是由于沖擊荷載作用下，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)裂紋并且繼續(xù)擴(kuò)展，應(yīng)變率越高，沖擊的荷載越大，單位體積的EPS混凝土產(chǎn)生的裂紋數(shù)目就越多，需要的能量就越多。當(dāng)EPS顆粒體積摻量在10%～30%之間時(shí)，EPS混凝土沖擊吸能特性與普通混凝土相比有所提高，這是因?yàn)镋PS顆粒內(nèi)部存在大量孔腔結(jié)構(gòu)，具有良好的能量吸收特性。當(dāng)EPS顆粒體積摻量在10%～30%之間，應(yīng)變率在20 s-1～70 s-1之間，隨著EPS顆粒體積摻量的增加，混凝土的沖擊吸能特性有所增加，應(yīng)變率越大時(shí)，EPS混凝土的緩沖吸能特性的增加隨EPS顆粒體積摻量的增加越明顯，當(dāng)應(yīng)變率為60 s-1左右時(shí)，EPS顆粒體積摻量為30%的EPS混凝土的能量吸收特性最優(yōu)。但當(dāng)EPS顆粒體積摻量達(dá)到40%時(shí)，由于摻加過多的EPS顆粒，混凝土在制備過程中很難攪拌均勻，離析現(xiàn)象嚴(yán)重，在混凝土中造成大量孔隙，同時(shí)界面粘結(jié)性變差，使混凝土內(nèi)部所形成的孔腔結(jié)構(gòu)不均勻性加劇，從而導(dǎo)致EPS混凝土的沖擊吸能特性迅速降低，且其沖擊吸能特性遠(yuǎn)小于普通混凝土。

4　結(jié)語(yǔ)

1)相同EPS顆粒體積摻量下，混凝土比能量吸收隨應(yīng)變率增加而逐漸增大，應(yīng)變率效應(yīng)明顯。

2)當(dāng)EPS顆粒體積摻量在10%～30%，應(yīng)變率在20 s-1～70 s-1之間，應(yīng)變率越大時(shí)，EPS混凝土的緩沖吸能特性的提高隨EPS顆粒體積摻量的增加越明顯，當(dāng)應(yīng)變率為60 s-1時(shí)，EPS顆粒體積摻量為30%的EPS混凝土的能量吸收特性最優(yōu)。

[1]白二雷，許金余，高志剛.沖擊荷載作用下EPS混凝土動(dòng)態(tài)性能研究[J].振動(dòng)與沖擊，2012，31(13)：53-57.

[2]胡澤斌，許金余，彭高豐，等.沖擊荷載作用下聚苯乙烯混凝土的吸能特性[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2010，38(7)：1173-1178.

[3]丁國(guó)博，許金余.早強(qiáng)EPS混凝土動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)行為的SHPB試驗(yàn)研究[J].混凝土，2011，255(1)：28-33.

[4]余同希，盧國(guó)興.材料與結(jié)構(gòu)的能量吸收：耐撞性·包裝·安全防護(hù)[M].華云龍，譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:209-212.

Analysis the effect of energy absorbing property with EPS

Ran Xuemei

(UndergroundEngineeringResearchCenterforMiningofMinistryofEducation,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,China)

The impact compression test was carried out on 5 kinds of concrete with different EPS volume, analyzes the effect of energy absorbing property with EPS volume fraction. The experimental results showed that the specific energy absorption of concrete increased with the increase of strain rate, which shows obvious strain rate dependence. According to the specific energy absorption, the energy absorption of EPS concrete amongst 10%～30% is better than the ordinary concrete, strain rate is 60 s-1, the optimum volume fraction of EPS is 30%.

EPS concrete, strain rate, energy absorbing property

1009-6825(2016)08-0143-02

2016-01-09

冉雪美(1989- )，女，在讀碩士

TU528

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