调查含液体硅橡胶的力学性能的混凝土在轴向负载

文摘

随着专家理所当然的优点利用混凝土结构行业作为最常见的材料,需要采取积极措施,提高混凝土的缺点如低延性和能量吸收能力。一个可能的方法来改善混凝土的力学性能是混凝土添加液体硅橡胶。硅橡胶是一种弹性体(橡胶材料)组成的液体橡胶聚合物及其固化剂,广泛应用于电压行绝缘体,汽车应用程序,和医疗设备。为了增加混凝土的延性和能量吸收,液体硅橡胶取代部分矿物骨料混凝土。HSRC(混凝土混合硅橡胶)是一个混合的液体硅橡胶用新鲜混凝土液体硅橡胶24小时后变成了一个灵活的固体橡胶强度较低。摘要液体硅橡胶用于替换0%,2%,4%,8%,12.5%,25%,和50%的总矿物骨料在混凝土的体积。标准的标本制作和测试。新鲜HSRC表现出可接受的和易性和较低的单位重量相比普通的素混凝土。进行了单轴压缩strain-control测试硬化HSRC标本获得完整的应力-应变曲线。结果表明,随着液体硅橡胶在混凝土的抗压强度、劈拉应力和弹性模量降低。 It was also observed that the percentage of reduction in compressive strength was greater than the percentage of reduction in tensile strength. Increasing silicone rubber concentration in HSRC changes the brittle mode of failure to ductile that demonstrated using nonlinearity indices. Unlike plain concrete, the failure state in HSRC occurs gently and uniformly and does not cause so much separation in the specimens. Larger deformation and higher toughness indices were obtained, when the silicone rubber concentration was increased.

1。介绍

硅橡胶是一种广泛应用的聚合物,它更具体归类为橡胶或橡胶材料。高度重视在各种行业由于其化学和机械阻力和稳定在极端环境中。硅树脂的弹性体在1940年代第一次使用在康宁玻璃和通用电气(General Electric),因为他们的耐热性能1]。简单的制作和成型的材料来自液体硅橡胶的使用,2节热固性弹性体(2]。将材料分为两个部分,未硫化的材料在胶状属性。这种凝胶可以塑造成所需的形状在催化或治愈之前,之后,它变成固体的最终形式。对硅橡胶有许多应用,包括汽车、健康、医疗、电子等行业。室温硫化(RTV)硅橡胶涂料被用作电绝缘体改善根据绝缘强度,尤其是在潮湿的条件下(3]。使用新材料在建筑业和维护适当的结构和建筑性能具有十分重要的功能的重要性(4]。许多进步取得了创造性的技术在建筑业可持续发展和道德的作用是不可否认的(5]。在先前的研究中,用tire-rubber取代矿物骨料颗粒的影响混凝土性能的实验研究[6]。这项研究表明,混凝土的脆性性质及其低韧性提高;然而,极限强度显著降低。在目前的研究中,液体硅橡胶用于替换矿物骨料。之前的调查显示,废轮胎的使用可以改善混凝土的性能。使用废橡胶作为工程材料的概念,介绍了改善混凝土性能的(Eldin和Senouci) (7]。他们用轮胎芯片和面包屑橡胶素混凝土的骨料。调查显示,使用粒子橡胶代替矿物骨料引起塑料失败的一部分,更多的延性,降低混凝土抗压强度的比较来控制硅酸盐水泥混凝土。哈提卜和Bayomy研究橡胶混凝土使用两种类型的轮胎橡胶、细粒状生胶、粗轮胎芯片。在压缩和弯曲负载下标本进行测试。同时,特征函数,量化减少力量开发和敏感性分析8]。提供关于李等人用废轮胎纤维与各种形式的纵横比,在废轮胎被Na (OH)被用于混凝土(之前9]。回收的轮胎也用于沥青的施工过程和对其性能有积极影响10]。在其他的研究中,天然材料用作混凝土添加剂,和深梁的结构特征的钢筋混凝土棕榈仁(PKSC)调查由马克Adom-Asamoah et al。11]。结果表明,校准抗剪强度模型揭示了抗压强度和剪切span-to-total深度的比值显著影响参数校正固有的偏见在最初确定的剪切强度模型。实验研究的橡胶混凝土混合的行为是由Kadhim和Al-Mutairee研究;浪费tire-rubber粒子被用来取代部分聚合(12]。回收的静态和动态行为tire-rubber粒子和聚丙烯纤维混凝土进行了Hernandez-Olivares et al。13]。Naik Siddiquel和研究使用的概述scrap-tires在波特兰水泥混凝土(14]。Dessouki等人研究了复合材料,根据硅酸盐水泥和天然橡胶乳胶。他们调查的有效因素在生产复合标本如每个组件的浓度、添加剂公司,像偏硅酸钠和减速的影响。抑制剂添加到橡胶乳胶成型时间增加,不影响水泥。实验结果显示,胶乳浓度的增加会减少抗压强度和抗拉强度增加。得出cement-natural橡胶模具可以使用填充物关节,裂缝,和土壤注入(15]。补强研究替代矿物粗骨料的影响与tire-rubber粒子。结果表明,添加tire-rubber芯片在混凝土抗压和抗弯强度的减少造成的。抗压强度降低是近似挠曲强度减少的两倍。测试结果显示,标本包含tire-rubber芯片提出了更高的韧性和塑性失效而控制标本(16]。Topcu, I.B.,studied the mechanical properties of rubberized concrete in terms of both size and amount of the rubber chips changes. Concrete specimens with C20 compressive strength were produced and rubbers with volume ratios of 15, 30, and 45% were added to the concrete. Tests were conducted at 28 days, andσ- - - - - -ε图得到。结果表明,塑料能源容量开始时增加橡胶芯片被添加到混凝土。的橡胶混凝土由于其高塑料能量容量提出了更高的压力比普通混凝土(17]。塞格雷和Joekes调查的橡胶混凝土的力学性能与硅灰。研究得出的结论是,大幅降低强度和弹性模量的值导致当橡胶含量增加。添加硅灰的混凝土混合料改良的橡胶混凝土的力学性能和降低强度的损失。先前的研究表明,混凝土的属性包含tire-rubber粒子影响类型,大小、内容、形状、和橡胶混合到具体的过程18]。比较研究的橡胶钢筋混凝土梁的弯曲行为由Alasmari等人发现与混合梁的使用性能改善(19]。利用废旧轮胎橡胶的影响以及纳米材料在建筑混凝土的限制已经被等小牧市。研究结果显示一个积极的影响在耐用性和耐磨性20.]。在这个研究,混合混凝土(HSRC)属性使用硅橡胶机械测试不同百分比的液体硅橡胶在混凝土骨料的总量在不同的年龄。实验的观察和随后的解释HSRC压缩载荷作用下的行为。HSRC预计将有很高的灵活性。灵活的材料广泛应用于工业(21]。灵活性有很大影响的行为结构和改善其抗震性能钢和钢筋混凝土结构(22]。

2。实验程序

为了研究HSRC的机械性能,一个圆柱形标本(15×30厘米)制造和测试。这些标本是不同内容的液体硅橡胶作为总骨料混凝土的一部分。

2.1。材料

混凝土组成材料包括II型硅酸盐水泥混合对应ASTM C150 [23)要求,最大大小的砾石19毫米作为粗骨料,沙子与4.75毫米最大大小作为细骨料,和液体硅橡胶室温硫化。三个字的词RTV略”室温硫化。“一般情况下,硅橡胶用于成型和雕刻。液体硅橡胶退货包含两部分,一部分是液体硅橡胶,另一个是固化剂。后这两个部分结合在一起,产生的混合物变成固体硅橡胶18到24小时后。应该使用硬化剂根据制造商的指示。在这项研究中,液体硅橡胶生产的精益公司使用。硅橡胶规格表进行了总结1。这些规范是基于工厂测试。细和粗骨料的性质决定根据ASTM C127, 128、129标准测试方法。沙子和碎石骨料的级配曲线呈现在图1。聚合展示在表的属性2。波特兰水泥II型的比重是3.17 。

2.2。混凝土标本混合物和制造业

实验设置和标本混合设计内容进行了总结表3和4,分别。为了评估的液体硅橡胶的影响混凝土在低和高容量的属性值,矿物骨料替代的范围被认为是0到50%之间聚集的总量。也研究增加硅橡胶的过程及其对混凝土的力学性能的影响,液体硅橡胶体积的百分比矿物骨料总额包括0、2、4、8,12.5,25岁和50%。细和粗骨料的重量是由硅橡胶的比例调整更换。普通硅酸盐水泥混凝土,35 MPa有针对性的抗压强度,设计如下控制混合ACI标准211.1 -8124]。水灰比0.4和两个值被认为是砾石砂比1.1和0.7的利用。基于Polycarboxylate强塑剂被用来增加和易性。标本被重塑了铸造后24小时,然后治愈在水中直到前24小时测试。增加砂混凝土提高了纤维增强混凝土的力学性能(25]。确定G / S的影响(砾砂比)HSRC力学性能的变化,两个G / S = 0.7和1.1的比率被认为是。骨料的吸水前标本被认为是在混凝土结构设计。七个混合设计特点,提出了比例用于表4。标签的具体标本,粗到细集料的比例,两个具体成绩,低频(低矿物细骨料与G / S = 1.1)和高频(高矿物细骨料与G / S = 0.7),。HF-G4S4引用了一个例子,表明混合液体硅橡胶取代4%的粗骨料和细骨料的4%使用高含砂量体积。

2.3。测试方法

评估新鲜HSRC的特点,经济衰退和单位重量测量按照ASTM C143 [26]和ASTM C138 [27),分别。压缩strain-control测试进行硬化标本获得完整的应力-应变曲线。测试是由一个万能试验机的加载速率的0.05毫米/秒。抗压测试是在28天执行和测试设置如图2。对于所有标本,切线弹性模量在40%的极限应力弹性区域的应力-应变图确定。此外,分裂HSRC标本的抗拉强度是决定圆柱标本(15×30厘米)根据ASTM C469。

3所示。实验结果和讨论

3.1。新浇混凝土的性质

新浇混凝土的低迷和单位重量对硅橡胶内容呈现在图3。新浇混凝土的和易性是影响交互的液态硅橡胶和矿物骨料。如图3(一个)时,标本的衰退降低了液体硅橡胶内容增加。低频标本展出的衰退相比更低高频标本相同的硅橡胶浓度。试验结果显示与液体硅橡胶内容新鲜HSRC展品50%可接受的可加工性捏造,位置,和完成。如图3 (b)的单位重量HSRC从2390减少到2070公斤· ,根据硅橡胶的内容。

3.2。硬化混凝土性能

3.2.1之上。视觉观察HSRC标本的行为

具体的失败被定义为时间(持续时间1]。在普通混凝土,失败是突然和炸药;然而,在HSRC标本,失败是渐进的和更长的持续时间,也失败并不是爆炸因为HSRC变得灵活的硅橡胶的内容。如图4白色粒子硅橡胶,在具体分布相对较好。数据5和6表明HSRC标本承受负荷的应力-应变曲线在峰值负载像灵活的材料,被称为postpeak力量。失败状态控制标本(没有硅橡胶)突然响亮的声音和失败状态伴随着分离部分的标本。HSRC标本失败状态伴随着少块分离的样品相比,控制混凝土标本;如图7,故障状态并没有爆炸。HSRC标本展出控制标本相比,大变形和裂缝传播相对统一,逐步在HSRC标本。裂缝传播和分散失败HSRC标本的观察与素混凝土相比。如图3硅橡胶粒子的粒子分布在混凝土是清晰可见。

HSRC标本更大的侧向变形比普通混凝土标本的孔隙度由于替代硅橡胶与矿物骨料,也由于泊松比的HSRC高于普通混凝土。应该注意的是,HSRC的行为不是完全弹性的,由于泊松比不是常数提升加载过程中混凝土复合。泊松比随硅橡胶内容增加,HSRC的行为往往表现为一个塑料材料。如图5中,观察到了相当大的横向变形HSRC标本的加载过程。

3.2.2。应力-应变响应

HSRC标本的应力-应变曲线具有不同混合物和不同浓度的硅橡胶数据所示6- - - - - -8。曲线表明,HSRC标本更韧性相比素混凝土标本。LF-G25S25的行为,HF-G25S25、LF-G50S50 HF-G50S50标本非线性材料和postpeak强度是清晰可见。比较HSRC标本和控制标本之间的非线性,非线性指数表示为直线的斜率的比值连接的起源点40%极限应力的应力-应变曲线,从原点到直线的斜率最大应力如图9(一个)。根据结果呈现在图9 (b),对低频和高频标本,可以看出,随着硅橡胶的数量从0到25%,非线性指数有增加的趋势,但随着硅橡胶的增加,非线性指数下降了25%。研究混合物之间的比较表明,高频标本的行为相比稍微非线性低频标本相同的硅橡胶浓度。硅橡胶的替代矿物骨料更加统一的裂缝发展和裂纹扩展引起的,而控制标本。应力-应变曲线表明,HSRC标本相比表现出更大的变形控制标本。应力-应变曲线的切线的斜率时,压力是40%的极限应力表示为并得到以下方程: 在哪里在和应力和应变变化时,压力是40%的极限应力。是一个合适的系数来表示弹性变形的刚度由HSRC标本。对于不同的混合物和硅橡胶浓度表5。减少对于HSRC标本意味着更大的变形。比较的结果表5表明,高频标本导致更高比低频标本硅橡胶浓度相同。

3.2.3。抗压和抗拉强度

如表所示5,硅橡胶HSRC标本的浓度的增加降低了极限抗压强度和劈裂抗拉强度。硅橡胶替代50%的最大强度减少82%平均据表5。如图10 (),最终的压缩和分裂的抗拉强度高频低频标本的标本更比硅橡胶浓度相同。同时减少强度极限,SHRC提供韧性行为和失败HSRC标本。

3.2.4。韧性的HSRC

韧性是材料吸收能量的能力,断裂前塑性变形。HSRC的韧性是由计算应力-应变曲线下的面积在一定程度上对应postpeak地区最大应力的80%。韧性指数 ,表示为应力-应变曲线下的面积的比例高达80%的最大应力postpeak地区吗 ,应力-应变曲线下的面积最多的最大压力 ,如图(11日)。选择80%的最大应力是由于强度降低到这个量是一个可接受的水平的服务负载。韧性指数定义如下: 在哪里硅橡胶HSRC标本与不同浓度的呈现在图11 (b)。如图11 (b),表现出上升趋势与硅橡胶浓度的增加混凝土25%和50%的金额硅橡胶浓度显示出下降的趋势。最大得到LF-C25F25和HF-C25F25混合物。最大获得标本高频与硅橡胶的25%浓度。

4所示。换算系数(RF)硬化HSRC标本

HSRC标本的检测结果表明,硅橡胶的内容起着决定性的作用在这种类型的混凝土的力学性能。因此,通过使用橡胶的数量,可以提取函数表达的属性HSRC基于内容的百分比硅橡胶的混合物。射频函数被定义为的比例压缩或拉伸强度和弹性模量的硅rubber-containing标本硅胶rubber-free控制。当我们的目标是确定试样的抗压和抗拉强度,函数被调用Fc-RF或Ft-RC,分别,如果目标是确定弹性模量,它叫做Et-RF。RF值时将1硅橡胶的百分比是零(控制标本)和射频的价值随增加硅橡胶的内容。基于类似研究进行橡胶混凝土哈提卜和Bayomi (1999) (3),下面的一般公式用于计算的百分比减少值:

射频是换算系数和射频时将等于1R是0%。应考虑以下条件在上面的方程:

射频变化的值介于1和0,R被定义为橡胶含量合计总额的容积率;同时,a、b m是数值参数。Fc-RF功能介绍抗压强度换算系数,和Et-RF功能介绍弹性模块换算系数。数值分析进行实验数据获得的参数a, b, m和r平方的误码率测试用于检查提取的功能。结果如表所示6。提取的RF-functions比较结果和HSRC标本检测结果呈现在图12。

5。结论和建议

提高硅橡胶的内容新鲜HSRC标本导致较低的单位重量相比素混凝土的控制。HSRC标本的和易性是通过增加液体硅橡胶浓度降低。最大的硅橡胶更换骨料的总容积的50%,HSRC提供可接受的可加工性。随着混凝土增加硅橡胶,观察混凝土强度下降。有一个抗压强度减少83%和70%减少分裂时抗拉强度的硅橡胶(LF-G50S50和HF-G50S50) = 50%。时的非线性指数和抗压韧性增加硅橡胶浓度增加对所有标本25%和非线性指数和抗压韧性降低硅橡胶值大于25%。HSRC标本展出的韧性行为比素混凝土试样在压缩载荷下,HSRC标本的失败状态是不脆,和失败发生突然不像普通混凝土。作为硅橡胶的标本量增加,破碎的标本变得缓慢,伴随着较少的声音和行为变得更加韧性。比较细,粗骨料的影响比,值得一提的是,高频标本(G / S = 0.7)表现出更大的抗压强度比低频(G / S = 1.1)总硅橡胶浓度相同的标本。这表明,抗压强度增加而增加细骨料。 These findings show that although the mechanical properties of HSRC are mainly dependent on the total rubber content, the ratio of coarse to fine particles can be used for behavior adjustment.

数据可用性

从实验室获得的结果,如果需要将任何数据。

信息披露

这项工作形成一个第二作者博士论文的一部分。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关出版的手稿。

确认

作者感谢提供的支持强大的地板在沙里夫理工大学的实验室人员进行本研究。提供了部分资金支持的能源(Golestan区域水资源管理局),伊朗国家科学基金会(INSF)和卓越中心的复合结构,抗震加固。

引用

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