考慮地震量級(jí)作用下橡膠纖維混凝土的受壓動(dòng)力性能

艾思平，唐 鵬

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院市政與交通工程學(xué)院，安徽 合肥 231603）

橡膠纖維混凝土是將橡膠顆粒和聚丙烯纖維作為混凝土拌和料中的一部分所形成的一種較為新型的混凝土.它將橡膠混凝土和聚丙烯纖維混凝土的優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合，能有效提高混凝土的工作性能［1?2］.同時(shí)橡膠顆粒一般來(lái)源于廢舊輪胎，此舉可實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎的二次利用，避免廢舊輪胎對(duì)環(huán)境安全產(chǎn)生影響，具有較高的研究?jī)r(jià)值和工程應(yīng)用前景［3］.

目前關(guān)于橡膠混凝土和聚丙烯纖維混凝土的研究基本集中于其配合比設(shè)計(jì)、力學(xué)性能和耐久性能等方面.其中Eldin等［4］通過(guò)設(shè)計(jì)不同橡膠粒徑和取代率，研究了橡膠混凝土拉壓力學(xué)性能，結(jié)果表明橡膠粒徑越大、橡膠取代率越高，橡膠混凝土拉壓強(qiáng)度下降越明顯；Topcu等［5］對(duì)橡膠混凝土變形性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明橡膠混凝土具有明顯的塑性變性能力，而彈性變形能力相對(duì)較弱；Song等［6］通過(guò)試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，聚丙烯纖維能夠提高混凝土抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗沖擊能力，對(duì)于混凝土早期收縮裂縫有一定抑制作用；Yao等［7］對(duì)低摻量混合纖維混凝土抗壓、劈拉和彎曲力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，提出了不同纖維混合作用下混凝土的最高強(qiáng)度和彎曲韌性.

在實(shí)際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)不僅受到靜力作用，同時(shí)會(huì)受到地震、撞擊和爆炸等動(dòng)力作用，因此，對(duì)于混凝土動(dòng)力性能的研究具有重要意義［8］.Sallam［9］對(duì)橡膠混凝土圓柱體試件進(jìn)行落錘沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明橡膠混凝土強(qiáng)度隨加載應(yīng)變率的增大而增大，同時(shí)橡膠混凝土對(duì)裂縫具有較好的抑制作用；Alho?zaimy等［10］對(duì)聚丙烯纖維混凝土靜動(dòng)力受壓力學(xué)性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明聚丙烯纖維能夠提高混凝土靜動(dòng)力抗壓強(qiáng)度；梁寧慧等［11］考慮超高應(yīng)變率對(duì)聚丙烯纖維混凝土受壓力學(xué)性能的影響，研究結(jié)果顯示聚丙烯纖維使得混凝土動(dòng)態(tài)極限韌性得到提高.上述研究?jī)H針對(duì)橡膠混凝土或聚丙烯纖維混凝土的受壓動(dòng)力性能展開(kāi)分析，尚未開(kāi)展橡膠纖維混凝土的受壓動(dòng)力性能研究.然而，研究橡膠纖維混凝土的受壓動(dòng)力性能，對(duì)于進(jìn)一步理解該類(lèi)型混凝土的動(dòng)力特性具有重要意義.

本文主要考慮地震量級(jí)加載應(yīng)變率，應(yīng)用液壓伺服機(jī)對(duì)橡膠纖維混凝土受壓動(dòng)力性能展開(kāi)試驗(yàn)研究.通過(guò)試驗(yàn)得到不同加載工況下橡膠纖維混凝土的力學(xué)特征參數(shù)，由此對(duì)比分析橡膠取代率、聚丙烯纖維摻量和加載應(yīng)變率對(duì)混凝土力學(xué)參數(shù)的影響；同時(shí)從定量角度建立加載應(yīng)變率對(duì)橡膠纖維混凝土力學(xué)參數(shù)影響的關(guān)系方程，并對(duì)其受力機(jī)理進(jìn)行分析.

1 試驗(yàn)方案

1.1 試件設(shè)計(jì)與配合比

本文參考文獻(xiàn)［2，11］配制橡膠纖維混凝土.其中：?jiǎn)螕较鹉z顆?；炷恋南鹉z取代率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，本文涉及的取代率、摻量等均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）R=30%、聚丙烯纖維摻量wF=0%；單摻聚丙烯纖維混凝土的聚丙烯纖維摻量wF=0.6%、橡膠取代率R=0%；普通混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為30 MPa，參照J(rèn)GJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》確定其配合比；橡膠纖維混凝土中的橡膠顆粒含量由等體積取代細(xì)骨料方法計(jì)算得到.具體配合比見(jiàn)表1.表1所示4種配合比中，所用水、水泥（普通硅酸鹽水泥P·O42.5）、粗骨料（粒徑范圍4~16 mm天然碎石，表觀密度2 580 kg/m3）均來(lái)源一致；所用橡膠顆粒粒徑范圍2~5 mm，表觀密度1 270 kg/m3，堆積密度820 kg/m3，纖維含量不大于0.1%，拉伸強(qiáng)度不小于15 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率不小于500%；細(xì)骨料均采用河砂，河砂細(xì)度模數(shù)2.5，表觀密度2 650 kg/m3，堆積密度1 850 kg/m3；聚丙烯纖維物理特性參數(shù)由廠家提供，與文獻(xiàn)［11］相同.

表1 橡膠纖維混凝土配合比Table 1 Mix proportion of rubber fiber reinforced concrete

1.2 試驗(yàn)加載方案與設(shè)備

本文考慮地震量級(jí)加載應(yīng)變率對(duì)不同設(shè)計(jì)工況下橡膠纖維混凝土受壓動(dòng)力性能的影響.采用WEW?100B型液壓伺服機(jī)，該設(shè)備裝備獨(dú)立的荷載傳感器和位移傳感器；同時(shí)應(yīng)用應(yīng)變片和應(yīng)變采集儀對(duì)混凝土受壓過(guò)程中的變形數(shù)值進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度滿(mǎn)足試驗(yàn)要求［2］.根據(jù)試驗(yàn)裝置加載限制要求和文獻(xiàn)［2］，確定混凝土試件設(shè)計(jì)尺寸為100 mm×100 mm×100 mm.考慮混凝土材料具有一定隨機(jī)性和離散性特征，每種工況設(shè)計(jì)3個(gè)試件開(kāi)展試驗(yàn)，取均值分析.

不同加載應(yīng)變率范圍對(duì)應(yīng)不同的靜動(dòng)力作用效應(yīng)，如圖1所示［8］.采用力和位移混合控制的加載方法，即首先應(yīng)用力控制方式，將試件從無(wú)應(yīng)力狀態(tài)加載至混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值fc的5%，如此反復(fù)3次完成試驗(yàn)預(yù)加載.位移控制加載屬于正式加載，本文考慮地震量級(jí)加載應(yīng)變率，首先設(shè)置靜力加載應(yīng)變率ε?s=1.0×10-5s-1作為基準(zhǔn)對(duì)比工況，然后考慮地震量級(jí)加載應(yīng)變率范圍，設(shè)置7種動(dòng)力加載應(yīng)變率，即ε?d分別 為5.0×10-5、1.0×10-4、5.0×10-4、1.0×10-3、5.0×10-3、1.0×10-2、5.0×10-2s-1.待正式加載時(shí)開(kāi)始采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，直至試件破壞，停止加載.

圖1 加載應(yīng)變率與靜動(dòng)力作用范圍Fig.1 Loading strain rate and range of static and dynamic action

在混凝土受壓試驗(yàn)加載過(guò)程中，需要控制試件與設(shè)備接觸面之間存在的摩擦作用.本文采用3層聚四氟乙烯塑料薄膜和2層機(jī)械黃油放置于試件與設(shè)備接觸面上，將摩擦作用控制在合理范圍之內(nèi)，以滿(mǎn)足試驗(yàn)加載要求［8］.

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 破壞形態(tài)

對(duì)于混凝土破壞形態(tài)的研究有助于更好地從宏觀角度分析混凝土力學(xué)性能.通過(guò)本文橡膠纖維混凝土受壓動(dòng)力加載試驗(yàn)，可得到不同加載工況下的橡膠纖維混凝土破壞形態(tài).考慮全文篇幅，選取4種配合比混凝土中ε?s為1.0×10-5s-1和ε?d為5.0×10-2s-1的受壓破壞形態(tài)（見(jiàn)圖2）展開(kāi)分析.

由圖2可見(jiàn)，對(duì)于同種配合比試件，隨著加載應(yīng)變率的提高，其損壞逐漸嚴(yán)重，所表現(xiàn)出的脆性破壞特征逐漸明顯.由于混凝土自身的特性，在其內(nèi)部存在一定量的空隙和微裂縫，由此形成混凝土初始損傷.在靜力加載應(yīng)變率作用下，混凝土初始損傷部分有足夠的時(shí)間形成裂縫和進(jìn)一步擴(kuò)展，最終使得混凝土在壓力作用下形成貫穿式裂縫，均勻分布在混凝土非加載面上.其中，含有橡膠顆粒的試件破壞后會(huì)伴隨部分橡膠顆粒的脫落，同時(shí)試件破壞后的完整性相對(duì)較高.在高加載應(yīng)變率作用下，混凝土初始損傷形成的裂縫來(lái)不及擴(kuò)展，試件無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)形成均勻應(yīng)力狀態(tài)，一般有1~2條主斜裂縫在試件中貫穿，同時(shí)伴隨部分粗骨料的破壞和部分橡膠顆粒的脫落，最終形成如圖2所示的破壞形態(tài).

圖2 不同加載工況下橡膠纖維混凝土的受壓破壞形態(tài)Fig.2 Compression failure modes of rubber fiber reinforced concrete under different loading conditions

摻聚丙烯纖維試件在受壓破壞后的完整性明顯提高，其破壞后的裂縫數(shù)量較少、裂縫寬度較小.摻聚丙烯纖維試件在受壓破壞后有2條主斜裂縫貫穿式發(fā)展，主斜裂縫周?chē)植驾^多細(xì)小裂縫，破壞時(shí)伴隨著部分聚丙烯纖維的拉出或者拉斷.在高加載應(yīng)變率作用下，摻聚丙烯纖維試件均存在一定程度的粗骨料破壞.對(duì)于聚丙烯纖維摻量為0%的試件而言，在靜力加載應(yīng)變率作用下，裂縫均勻分布在其非加載面上；在動(dòng)力加載應(yīng)變率下則呈現(xiàn)以斜裂縫為主的貫穿式破壞形態(tài).對(duì)于聚丙烯纖維摻量為0.6%的試件而言，靜動(dòng)力加載應(yīng)變率作用下的破壞形態(tài)均為基本相似的偏斜向貫穿式裂縫.分析原因在于聚丙烯纖維與混凝土砂漿之間的相互作用，使得裂縫的發(fā)展得到一定抑制，試件更易形成均勻應(yīng)力狀態(tài)；同時(shí)，本文考慮的加載應(yīng)變率范圍為中低應(yīng)變率狀態(tài)，故當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.6%時(shí)，靜動(dòng)力加載應(yīng)變率作用下的混凝土破壞形態(tài)基本相似.

2.2 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

根據(jù)本文橡膠纖維混凝土受壓加載方案，可得到不同加載工況下橡膠纖維混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖3所示.

圖3 不同加載工況下橡膠纖維混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.3 Compression stress?strain curves of rubber fiber reinforced concrete under different loading conditions

根據(jù)圖3分析，在不同配合比和加載應(yīng)變率作用下，混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線發(fā)展趨勢(shì)基本相同，均表現(xiàn)出良好的連續(xù)性和光滑性.受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線均分為彈性階段、彈塑性階段和下降段，應(yīng)力-應(yīng)變曲線發(fā)展趨勢(shì)與加載應(yīng)變率和橡膠纖維摻量無(wú)關(guān).對(duì)于同種配合比試件，其受壓峰值應(yīng)力隨著加載應(yīng)變率的提高均逐步增大，彈性模量也有逐步增大趨勢(shì)，但峰值應(yīng)變受加載應(yīng)變率影響不明顯.與其他配合比試件存在明顯差異的是摻橡膠顆?；炷恋膽?yīng)力-應(yīng)變曲線下降段，該下降段發(fā)展逐步變緩，表現(xiàn)出塑性變形能力.分析原因主要是橡膠顆粒具有較好的變形能力，從而使得摻橡膠顆?；炷恋膽?yīng)力-應(yīng)變曲線下降段表現(xiàn)出較好的延性特征.分析聚丙烯纖維摻量對(duì)混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段的影響可知，單摻聚丙烯纖維混凝土在受壓破壞后表現(xiàn)出一定的脆性破壞特征.對(duì)于同種配合比試件，加載應(yīng)變率對(duì)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段的影響基本相同.

混凝土吸能能力為混凝土開(kāi)始加載直至試件發(fā)生破壞所需要的能量，計(jì)算時(shí)一般取應(yīng)力-應(yīng)變曲線達(dá)到峰值應(yīng)力點(diǎn)時(shí)與應(yīng)變坐標(biāo)軸所包含面積［12］.根據(jù)本文不同加載工況下橡膠纖維混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線計(jì)算得到不同加載應(yīng)變率對(duì)混凝土吸能能力及其提升率的影響，如圖4、5所示.

圖4 加載應(yīng)變率對(duì)混凝土吸能能力的影響Fig.4 Effect of loading strain rate on energy absorption capacity of concrete

圖5 加載應(yīng)變率對(duì)混凝土吸能能力提升率的影響Fig.5 Effect of loading strain rate on percentage increase of energy absorption capacity of concrete

由圖4、5可見(jiàn)，隨著加載應(yīng)變率的提高，混凝土吸能能力逐步增大.橡膠取代率和聚丙烯纖維摻量均為0%的普通混凝土試件在加載應(yīng)變率為1.0×10-5s-1時(shí)，其吸能能力為281.39 N/m；當(dāng)加載應(yīng)變率提高至1.0×10-2s-1時(shí)，其吸能能力升至376.62 N/m，提升率為33.84%.單摻聚丙烯纖維試件的吸能能力由加載應(yīng)變率為1.0×10-5s-1時(shí)的728.97 N/m提高至加載應(yīng)變率為1.0×10-2s-1時(shí)的1 009.06 N/m，提升率為38.42%；單摻橡膠顆粒試件的吸能能力由加載應(yīng)變率為1.0×10-5s-1時(shí)的190.95 N/m提高至加載應(yīng)變率為1.0×10-2s-1時(shí)的248.86 N/m，提升率為30.33%；雙摻橡膠顆粒和聚丙烯纖維試件的吸能能力由加載應(yīng)變率為1.0×10-5s-1時(shí)的394.74 N/m提高至加載應(yīng)變率為1.0×10-2s-1時(shí)的579.64 N/m，提升率為46.84%.由上述分析可知，本文所設(shè)計(jì)配合比中，摻入一定量的聚丙烯纖維將使普通混凝土的吸能能力提高，而摻入橡膠顆粒將使普通混凝土的吸能能力降低.

2.3 力學(xué)特征參數(shù)

為進(jìn)一步探究加載應(yīng)變率對(duì)橡膠纖維混凝土受壓動(dòng)力性能的影響，由圖3所示的橡膠纖維混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線提取峰值應(yīng)力、彈性模量和峰值應(yīng)變，用以分析橡膠纖維混凝土力學(xué)特征參數(shù)受橡膠取代率、聚丙烯纖維摻量和加載應(yīng)變率影響的變化規(guī)律.

2.3.1 峰值應(yīng)力

對(duì)于混凝土峰值應(yīng)力受加載應(yīng)變率影響的定量分析一般采用峰值應(yīng)力動(dòng)力提高系數(shù)αDIF，其定義如式（1）所示［13］.

式 中：σd為 動(dòng) 力 加 載 應(yīng) 變 率（ε?d=5.0×10-5~5.0×10-2s-1）作用下的橡膠纖維混凝土峰值應(yīng)力，MPa；σs為靜力加載應(yīng)變率（ε?s=1.0×10-5s-1）作用下的橡膠纖維混凝土峰值應(yīng)力，MPa.

由圖3所示的橡膠纖維混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線提取混凝土峰值應(yīng)力，并應(yīng)用式（1）計(jì)算得到加載應(yīng)變速率對(duì)混凝土峰值應(yīng)力及動(dòng)力提高系數(shù)的影響，如圖6、7所示.

圖6 加載應(yīng)變率對(duì)混凝土峰值應(yīng)力的影響Fig.6 Effect of loading strain rate on peak stress of concrete

由圖6、7可見(jiàn)，當(dāng)加載應(yīng)變率相同時(shí)，單摻聚丙烯纖維試件的峰值應(yīng)力較普通混凝土試件有所降低；雙摻橡膠顆粒和聚丙烯纖維試件的峰值應(yīng)力較單摻橡膠顆粒試件有所提高.對(duì)于同種配合比試件，隨著加載應(yīng)變率的提高，其峰值應(yīng)力逐步增大.其中：普通混凝土試件在靜力加載應(yīng)變率1.0×10-5s-1下的峰值應(yīng)力為25.94 MPa，在動(dòng)力加載應(yīng)變率5.0×10-2s-1下的峰值應(yīng)力提高至35.07 MPa，提高幅度為35.20%；單摻聚丙烯纖維試件在靜力加載應(yīng)變率1.0×10-5s-1下的峰值應(yīng)力為23.65 MPa，在動(dòng)力加載應(yīng)變率5.0×10-2s-1下的峰值應(yīng)力提高至34.21 MPa，提高幅度為44.64%；單摻橡膠顆粒試件、雙摻橡膠顆粒和聚丙烯纖維試件在靜力加載應(yīng)變率1.0×10-5s-1下的峰值應(yīng)力分別為10.97、11.64 MPa，在動(dòng)力加載應(yīng)變率5.0×10-2s-1下的峰值應(yīng)力則分別提高至13.46 MPa和15.24 MPa，提高幅度分別為22.70%和30.89%.從總體趨勢(shì)分析可知，摻橡膠顆?；炷恋姆逯祽?yīng)力受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度相對(duì)較低，摻聚丙烯纖維混凝土的峰值應(yīng)力受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度較大.文獻(xiàn)［14?15］對(duì)加載應(yīng)變率為1.0×10-5~1.0×10-2s-1作用下的普通混凝土受壓動(dòng)力性能進(jìn)行研究，得出其峰值應(yīng)力提高幅度一般為30%~40%，本文普通混凝土試件的峰值應(yīng)力受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度基本符合這一提高區(qū)間范圍.不同試驗(yàn)存在一定差異性的原因主要在于試件尺寸的設(shè)計(jì)以及混凝土本身具有隨機(jī)性和離散性.對(duì)于橡膠混凝土受壓動(dòng)力性能的研究，文獻(xiàn)［16］研究了加載應(yīng)變率為1.67×10-5~1.0×10-3s-1和橡膠取代率為0%~7%的混凝土受壓動(dòng)力特性，結(jié)果表明隨著橡膠取代率的提高，混凝土峰值應(yīng)力受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度逐步降低；文獻(xiàn)［17］采用超高應(yīng)變率，應(yīng)用霍普金森壓桿對(duì)橡膠混凝土受壓動(dòng)力性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明含有橡膠顆?；炷恋姆逯祽?yīng)力受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度低于普通混凝土.橡膠取代率較高時(shí)，橡膠混凝土的峰值應(yīng)力變化規(guī)律與橡膠取代率較低時(shí)基本相似，即橡膠混凝土峰值應(yīng)力受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度低于普通混凝土.摻聚丙烯纖維混凝土的峰值應(yīng)力受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度高于普通混凝土，原因在于加載應(yīng)變率的提高使得混凝土損傷發(fā)生一定遲滯效應(yīng)，混凝土應(yīng)力無(wú)法均勻分布，裂縫發(fā)展迅速，在破壞形態(tài)中存在部分粗骨料的損傷破壞，最終使得混凝土峰值應(yīng)力逐步增大；同時(shí)聚丙烯纖維摻量的提高使得混凝土在受壓作用下的側(cè)向變形所受影響隨之增大，加載應(yīng)變率越高其側(cè)向變形受到的影響越大，最終摻聚丙烯纖維混凝土的峰值應(yīng)力受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度相對(duì)較高.

對(duì)于普通混凝土峰值應(yīng)力動(dòng)力提高系數(shù)與加載應(yīng)變率之間的定量分析一般采用式（2）進(jìn)行表述.該方程說(shuō)明混凝土峰值應(yīng)力動(dòng)力提高系數(shù)αDIF與lg（ε?d/ε?s）呈線性變化關(guān)系［18］.

式中：參數(shù)a表示αDIF受加載應(yīng)變率影響的提高幅度大小；參數(shù)b為靜力加載應(yīng)變率下的混凝土峰值應(yīng)力動(dòng)力提高系數(shù)，一般取值b=1.

依據(jù)式（2），對(duì)本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸分析，得到橡膠纖維混凝土峰值應(yīng)力動(dòng)力提高系數(shù)αDIF與加載 應(yīng)變率 的關(guān)系，如式（3）~（6）和 圖7所示.

圖7 加載應(yīng)變率對(duì)混凝土動(dòng)力提高系數(shù)的影響Fig.7 Effect of loading strain rate on dynamic improvement coefficient of concrete

試件C?0%?0%：

試件C?0%?0.6%：

試件C?30%?0%：

試件C?30%?0.6%：

分析圖7可見(jiàn)，式（2）對(duì)橡膠纖維混凝土峰值應(yīng)力動(dòng)力性能的定量分析具有較好的適用性.對(duì)比分析式（3）~（6）中的待定系數(shù)a可知，在相同橡膠顆粒取代率下，摻聚丙烯纖維混凝土的系數(shù)a相對(duì)較高；在相同聚丙烯纖維摻量下，摻橡膠顆粒混凝土的系數(shù)a相對(duì)較低.與定性研究結(jié)果相同，即橡膠顆粒使得混凝土峰值應(yīng)力受加載應(yīng)變率影響而導(dǎo)致的變化有所減小，聚丙烯纖維使得混凝土峰值應(yīng)力受加載應(yīng)變率影響而導(dǎo)致的變化有所增大.

2.3.2 變形參數(shù)

研究混凝土力學(xué)性能中的變形參數(shù)時(shí)，一般通過(guò)混凝土的彈性模量和峰值應(yīng)變進(jìn)行分析.根據(jù)圖3和式（7），可提取橡膠纖維混凝土的彈性模量，而峰值應(yīng)變即為混凝土峰值應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值.混凝土彈性模量計(jì)算式為［2］：

式中：σ0.5和σ0.1為混凝土峰值應(yīng)力的50%和10%，MPa；ε0.5和ε0.1為混凝土峰值應(yīng)變的50%和10%.

加載應(yīng)變率對(duì)混凝土的彈性模量和彈性模量動(dòng)力提高系數(shù)Ed/Es（Ed和Es分別為動(dòng)力加載應(yīng)變率和靜力加載應(yīng)變率下的混凝土彈性模量）的影響見(jiàn)圖8、9.

圖8 加載應(yīng)變率對(duì)混凝土彈性模量的影響Fig.8 Effect of loading strain rate on elastic modulus of concrete

由圖8、9可見(jiàn)，在相同加載應(yīng)變率下，摻橡膠顆粒和聚丙烯纖維混凝土的彈性模量相對(duì)較低.橡膠顆粒取代率和聚丙烯纖維摻量均為0%的普通混凝土試件在加載應(yīng)變率為1.0×10-5s-1時(shí)，其彈性模量為13.54GPa，在加載應(yīng)變率提高至5.0×10-2s-1時(shí)，其彈性模量為16.19 GPa，彈性模量受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度為19.57%；單摻聚丙烯纖維試件的彈性模量由靜力加載應(yīng)變率1.0×10-5s-1時(shí)的4.27 GPa提高至動(dòng)力加載應(yīng)變率5.0×10-2s-1時(shí)的6.77 GPa，提高幅度為58.65%；單摻橡膠顆粒試件的彈性模量由靜力加載應(yīng)變率1.0×10-5s-1時(shí)的4.11 GPa提高至動(dòng)力加載應(yīng)變率5.0×10-2s-1時(shí)的5.63 GPa，提高幅度為37.00%；雙摻橡膠顆粒和聚丙烯纖維試件的彈性模量由靜力加載應(yīng)變率1.0×10-5s-1時(shí)的1.80 GPa提高至動(dòng)力加載應(yīng)變率5.0×10-2s-1時(shí)的2.46 GPa，提高幅度為36.90%.從總體趨勢(shì)分析可知，對(duì)于同種配合比試件，隨著加載應(yīng)變率的提高，混凝土彈性模量逐步增大；聚丙烯纖維摻量相同時(shí)，摻有橡膠顆粒的混凝土彈性模量受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度相對(duì)較低；橡膠顆粒取代率相同時(shí)，摻有聚丙烯纖維的混凝土彈性模量受加載應(yīng)變率影響所提高的幅度相對(duì)較高.

對(duì)于橡膠纖維混凝土彈性模量受加載應(yīng)變率影響的定量關(guān)系提出類(lèi)似于式（2）所示的表達(dá)形式，根據(jù)本文不同加載工況下橡膠纖維混凝土彈性模量進(jìn)行定量計(jì)算分析，得到式（8）~（11）.

試件C?0%?0%：

試件C?0%?0.6%：

試件C?30%?0%：

試件C?30%?0.6%：

由式（8）~（11）和圖9可知，式（2）對(duì)橡膠纖維混凝土彈性模量在加載應(yīng)變率影響下的變化幅度具有較好的定量分析效果.通過(guò)分析式（8）~（11）的參數(shù)值可知，4種配合比橡膠纖維混凝土的彈性模量在加載應(yīng)變率影響下的變化規(guī)律與定性分析結(jié)論相一致.

圖9 加載應(yīng)變率對(duì)混凝土彈性模量動(dòng)力提高系數(shù)的影響Fig.9 Effect of loading strain rate on elastic modulus dynamic improvement coefficient of concrete

由圖3所示曲線提取峰值應(yīng)變，采用與峰值應(yīng)力相同的定性分析方式，分析加載應(yīng)變率對(duì)橡膠纖維混凝土峰值應(yīng)變及其變化系數(shù)的影響，如圖10、11所示.

由圖10、11可見(jiàn)，相同聚丙烯纖維摻量下，摻有橡膠顆粒的混凝土峰值應(yīng)變相對(duì)較高；相同橡膠取代率下，摻有聚丙烯纖維的混凝土峰值應(yīng)變相對(duì)較高.當(dāng)橡膠取代率和聚丙烯纖維摻量分別為（0%，0%）、（0%，0.6%）、（30%，0%）和（30%，0.6%）時(shí)，橡膠纖維混凝土峰值應(yīng)變的變化區(qū)間分別為1 997~2 323、6 077~6 491、2 848~3 560、7 019~7 474μm/m，峰值應(yīng)變變化系數(shù)的變化區(qū)間分別為-5.80%~9.58%、-2.44%~4.21%、-0.93%~10.01%和-3.60%~2.65%.文獻(xiàn)［13］對(duì)于普通混凝土極限應(yīng)變受加載應(yīng)變率影響而導(dǎo)致的變化尚無(wú)定論，分別是：隨著加載應(yīng)變率的提高，普通混凝土極限應(yīng)變逐步增大；隨著加載應(yīng)變率的提高，普通混凝土極限應(yīng)變逐步減??；隨著加載應(yīng)變率的提高，普通混凝土極限應(yīng)變基本沒(méi)有變化.本文研究的橡膠纖維混凝土極限應(yīng)變受加載應(yīng)變率的影響所發(fā)生的變化較為離散，沒(méi)有明確規(guī)律，這主要與混凝土材料的隨機(jī)性和離散性有關(guān)，而混凝土的隨機(jī)性和離散性表現(xiàn)在混凝土應(yīng)變參數(shù)中.

圖10 加載應(yīng)變率對(duì)混凝土峰值應(yīng)變的影響Fig.10 Effect of loading strain rate on peak strain of concrete

圖11 加載應(yīng)變率對(duì)混凝土峰值應(yīng)變變化系數(shù)的影響Fig.11 Effect of loading strain rate on peak strain change coefficient of concrete

3 結(jié)論

（1）相同加載應(yīng)變率作用下，摻橡膠顆粒和聚丙烯纖維的混凝土在受壓破壞后的完整性相對(duì)較高；加載應(yīng)變率對(duì)不同取代率橡膠混凝土受壓破壞形態(tài)的影響規(guī)律基本相似；當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.6%時(shí)，靜動(dòng)力受壓作用下的混凝土破壞形態(tài)基本相似，與不摻聚丙烯纖維的混凝土所表現(xiàn)的規(guī)律存在明顯不同.

（2）相同橡膠取代率和聚丙烯纖維摻量下，隨著加載應(yīng)變率的提高，混凝土峰值應(yīng)力和彈性模量明顯增大.摻橡膠顆?；炷恋姆逯祽?yīng)力和彈性模量受加載應(yīng)變率影響而導(dǎo)致的變化幅度相對(duì)較低，摻聚丙烯纖維混凝土的變化幅度相對(duì)較高.

（3）隨著橡膠取代率和聚丙烯纖維摻量的提高，橡膠纖維混凝土的塑性變形能力逐步增大，加載應(yīng)變率對(duì)橡膠纖維混凝土塑性變形能力沒(méi)有明顯影響.隨著加載應(yīng)變率的提高，橡膠纖維混凝土的峰值應(yīng)變變化較為離散，這與混凝土材料的隨機(jī)性和離散性有關(guān).

（4）提出了加載應(yīng)變率與橡膠纖維混凝土峰值應(yīng)力動(dòng)力提高系數(shù)和彈性模量動(dòng)力提高系數(shù)的關(guān)系方程，并對(duì)其受力機(jī)理進(jìn)行了探討分析，研究結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有參考價(jià)值.