改性EPS混凝土的动态力学行为

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发布时间：2021-09-12

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改性E PS混凝土的动态力学行为
巫绪涛，谢思发，胡俊
(1．合肥丁业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009；2．安徽建筑工业学院土木工程学院，安徽合肥230022)
摘要：分别采用粒径1、3 innl的发泡聚苯乙烯(EPS)制备了体积含量30％的EPS混凝土。利用硅灰、碳纤维对其进行了改性。利用
+74 mm SHPB装置对EPS混凝土进行了应变率范围30～70 S的冲击压缩试验。分析了不同应变率下EPS混凝土冲击压缩应力一应变曲线
的特点及变化趋势。对主要力学参数一强度、峰值应变随应变率的变化关系进行了讨论。发现硅灰、碳纤维对EPS混凝土动态力学行为有显
著影响，能有效提高其强度、韧性和可压缩性。
关键词：爆炸力学；SHPB试验；EPS混凝土；应力一应变曲线；动态力学行为
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2011)02—0025—04
Dynamic mechanical behavior of modified EPS concrete
WUXu—tao ，XIESi—fa ，HUJun!
(1．School ofCivil and Hydraulic Engineering，Hefei University ofTechnology，Hefei 230009，China
2．DepartmentofCivilEngineering，AnhuiUniversityofArchitecture，Hefei 230022，China)
Abstract： Expanded polystyrene (EPS)concrete specimens were prepared with 30％EPS volume fraction and two diferent EPS bread sizes
(1mm and 3mm)．Improve its properties by making use of silica fume and carbon fiber．Dynamic compressive experiments within a strain rate
ranging from 30 S to 70 S for EPS concrete were carried out by&74 m m SHPB set．The characteristics and changeable tendencies of stress—strain
curves of EPS concrete were analyzed under different strain rates．The ～ariation relationships of main mechanical parameters which include
strength，peak strain，peak toughness accompany ofstrain rate have been discussed．The result suggested that silica fume，carbon fiber had an obvi-
OUS influence on dynamic mechanical behaviors ofEPS concrete which can improve its strength，toughness and compressibility．
Key words： mechanics of explosion；SHPB experiment；EPS concrete；stress—strain curve；dynamic mechanical behavior
0 引言
EPS混凝土是将发泡聚苯乙烯(EPS)作为骨料制作的轻质
混凝土。由于其解决了日益加剧的“白色污染”环境问题以及具
有低密度、保温隔热、隔音等优良的物理性能，是一种新型的节
能环保建筑材料，在民用建筑中得到广泛的使用。早在1973年，
D．J．Cook[ ]就对EPS作为混凝土的集料进行了研究，制备了不
同表观密度的轻质多孑L混凝土。K．G．Babu等 1在大量试验的
基础上系统研究了EPS混凝土的静态力学行为。包括：①不同
含量硅灰对EPS混凝土的改性。发现在力学性能方面，EPS混
凝土早期抗压强度随硅灰含量增加而显著增加，随龄期增加抗
压强度增幅下降。劈裂强度随抗压强度的增加而增加，压缩和
劈裂失效方式反映 EPS混凝土与常规脆性混凝土显著不同
的可压缩性。②EPS含量、颗粒大小对EPS混凝土抗压强度和
劈裂强度的影响。发现EPS混凝土抗压强度随混凝土龄期增加
而增加，90 d强度较20 d强度增加了约35％，给出了EPS混凝
土超声波速与抗压强度的关系，抗压强度和劈裂强度的关系，
且随EPS含量增加，峰值应变增加，割线弹性模量迅速降低，应
力一应变曲线变平缓，裂纹扩展长度减小。陈兵等[ 利用微硅粉
和氯丁乳胶对EPS混凝土进行改性，改善EPS颗粒与水泥浆体
收稿日期：20lO—O9—10
基金项目：安徽高校省级自然科学研究重点项目资助(KJ2010A270)
的界面性能，利用裹砂工艺进行试样成型，研究了EPS混凝土
静态力学性能的变化一抗压强度、劈裂强度、抗折强度，发现微
硅粉能显著改善EPS颗粒与水泥浆体的界面性能，提高其力学
性能，氯丁乳胶也能显著提高EPS颗粒与水泥浆体的界面性能，
提高其抗折强度。钢纤维对EPS混凝土抗压强度增强不明显，
但能显著提高EPS混凝土劈裂强度，并能改善其抗干缩性能。
随着近年来对建筑物抗震性能要求的提高，以及民用和军
用抗爆防护结构研究的发展，各国都投人大量精力和财力研究
新型缓冲吸能材料。近年的研究发现多孔软垫层的复合型防护
结构可以大幅度提高结构的抗爆震能力[91。例如高分子泡沫聚合
物、泡沫金属等。EPS混凝土显著的多孔特点，使得其具有反射
大部分地震或爆炸冲击波载荷，减缓其传播速度，对冲击能量
的吸收快，减震效果显著等特点。P．H．Bischof等人㈣就提出EPS
混凝土具有较强的吸能功能，可用于结构抗冲击保护层。与前
述缓冲吸能材料相比，．EPS混凝土还具有轻质、成本低廉、施工
方便、抗腐蚀f生强的显著优点。因此，对EPS混凝土进行不同应变
率的冲击压缩试验，获得其主用力学参数随应变率、组分的变化关
系是有效研究其抗爆震能力的基础。本研究利用大尺寸SHPB
试验装置对EPS混凝土进行了不同应变率下的冲击压缩试验，
研究EPS粒径大小及硅灰、碳纤维对其动态力学行为的影响。