橡膠粉改性聚乙烯纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的靜力和抗沖擊性能

中圖分類號(hào)： TU599； TB332 最近更新：2024-11-22 DOI： 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.093

摘要

為研究橡膠粉改性聚乙烯纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（PE-ECC）的物理力學(xué)性能，對(duì)摻入不同粒徑橡膠粉的PE-ECC進(jìn)行靜力和抗沖擊性能試驗(yàn)。通過(guò)分析橡膠粉PE-ECC的彈性模量、泊松比、立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度，探討不同橡膠粉粒徑對(duì)PE-ECC基本力學(xué)性能的影響；利用分離式霍普金森壓力桿進(jìn)行橡膠粉PE-ECC的抗沖擊性能試驗(yàn)，基于不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析應(yīng)變率對(duì)橡膠粉PE-ECC動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)因子（DIF）、動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變的影響。結(jié)果表明：隨著橡膠粉的加入，PE-ECC的各項(xiàng)物理力學(xué)性能均有一定程度下降；橡膠粉粒徑為0.20～0.90 mm時(shí)，體積摻量為10%、橡膠粉粒徑為0.30 mm的PE-ECC各項(xiàng)力學(xué)性能降幅最小，其立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量和動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度相對(duì)無(wú)橡膠粉PE-ECC分別減小了8.9%、15.6%、10.8%和23.4%；與無(wú)橡膠粉PE-ECC類似，橡膠粉PE-ECC的受拉應(yīng)變硬化特征明顯，摻入不同粒徑（0.20～0.90 mm）橡膠粉的PE-ECC極限拉應(yīng)變均穩(wěn)定在4.6%左右。此外，橡膠粉粒徑對(duì)PE-ECC動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變影響很小，隨著沖擊應(yīng)變率的提高，橡膠粉PE-ECC的動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)因子DIF和動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度呈逐漸增大趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞

聚乙烯纖維; 水泥基復(fù)合材料; 橡膠粉; 靜力性能; 抗沖擊性能

隨著汽車成為現(xiàn)代交通工具的重要組成部分，中國(guó)生產(chǎn)和報(bào)廢的汽車輪胎數(shù)量逐年遞增，僅2020年生產(chǎn)的輪胎數(shù)量就超過(guò)8億條[1]，傳統(tǒng)廢舊輪胎處理帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題不容忽視。探尋更為合理有效的廢舊輪胎再生循環(huán)利用途徑，對(duì)推動(dòng)綠色交通發(fā)展、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)意義重大[2]。

利用廢舊輪胎回收得到的橡膠顆粒替代部分細(xì)骨料制成橡膠混凝土，不僅能節(jié)約天然礦石資源，減少?gòu)U舊輪胎帶來(lái)的環(huán)境污染，還可以改善混凝土抗裂、抗沖擊及降噪性能[3-4]。目前，已有不少學(xué)者對(duì)橡膠混凝土的物理力學(xué)性能展開研究。薛剛等[5]在混凝土中摻入橡膠粉，發(fā)現(xiàn)橡膠混凝土的彈性模量略有降低，但其在裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展前的穩(wěn)定擴(kuò)展階段更長(zhǎng)。屠艷平等[6]發(fā)現(xiàn)橡膠粉會(huì)增大混凝土內(nèi)部含氣量，削弱其抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和密實(shí)度。郭永昌等[7]對(duì)橡膠混凝土的抗沖擊性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)其抗沖擊性能明顯優(yōu)于普通混凝土。Xiao等[8]對(duì)再生混凝土沖擊性能的研究發(fā)現(xiàn)，再生骨料的添加會(huì)增加試件的峰值應(yīng)變和DIF值。龍廣成等[9]進(jìn)行的橡膠混凝土研究顯示，隨著橡膠摻量增加，水泥砂漿的動(dòng)彈性模量和固有頻率逐漸下降，但降噪性能提升明顯。纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（engineered cementitious composites， ECC）是一種具有超高韌性、應(yīng)變硬化及多縫開裂特性的新型建筑材料，在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊[10]。以往有關(guān)橡膠改性ECC的研究成果表明：在ECC中摻入橡膠粉可顯著增強(qiáng)壓縮韌性，并改善其吸能能力。Huang等[11]基于試驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，由于基體內(nèi)部孔隙率增加，橡膠粉ECC的抗裂性能削弱明顯。夏葉飛等[12]研究了橡膠粉摻量對(duì)ECC抗壓性能的影響，發(fā)現(xiàn)橡膠摻量低于10%時(shí)，其壓縮韌性提升顯著。馬昆林等[13]和李艷等[14]進(jìn)行的ECC抗沖擊性能研究表明，橡膠粉ECC具有較強(qiáng)的應(yīng)變率效應(yīng)，其動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變和韌性均隨應(yīng)變率增加逐漸提高。目前，對(duì)橡膠粉ECC基本力學(xué)性能的研究正逐步展開，對(duì)沖擊荷載作用下其動(dòng)力性能的研究尚處于起步階段。

為研究橡膠粉PE-ECC的靜力性能和抗沖擊性能，筆者設(shè)計(jì)了1組無(wú)橡膠粉PE-ECC和4組以橡膠粉粒徑為基本參數(shù)的橡膠粉PE-ECC，對(duì)其立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、劈裂抗拉強(qiáng)度、軸向拉伸性能、動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度等進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析不同應(yīng)變率下橡膠粉PE-ECC的動(dòng)態(tài)壓縮性能。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

水泥：P·O 52.5普通硅酸鹽水泥。高爐礦渣：細(xì)?；郀t礦渣粉S105級(jí)。粉煤灰：F類I級(jí)粉煤灰。石英砂：粒徑為0.15～0.25 mm。聚乙烯纖維：高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，性能參數(shù)見表1。橡膠粉：廢舊輪胎橡膠粉，如圖1所示，粒徑分0.20、0.30、0.45、0.90 mm。外加劑：濃度為40%的聚羧酸高效減水劑，其減水率為30%。

1.2 配合比與試件制備

以往研究表明[12]，ECC中橡膠粉摻量為10%時(shí)各項(xiàng)性能最佳。如表2所示，在對(duì)照組A基礎(chǔ)上，利用橡膠粉按10%等體積替代細(xì)骨料石英砂。根據(jù)橡膠粉粒徑大小，橡膠粉PE-ECC包括粒徑為0.20 mm（與被替換的石英砂粒徑接近）的B組、0.30 mm的C組、0.45 mm的D組和0.90 mm的E組。為確保攪拌過(guò)程中束狀PE纖維分散均勻，采用空氣壓縮機(jī)預(yù)先分散PE纖維。首先，將膠凝材料、橡膠粉和石英砂混合干拌；然后，加入部分水和減水劑的混合溶液，攪拌2 min后倒入剩余混合溶液，快速攪拌至出漿；最后，加入預(yù)先分散好的PE纖維并攪拌均勻。將攪拌好的PE-ECC裝入試模，置于振搗臺(tái)上振搗2 min，靜置24 h后脫模，然后在20 ℃、RH95%的標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d，測(cè)試其靜力和抗沖擊性能。

1.3 靜力性能測(cè)試

參照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 70—2009）[15]，立方體抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)均采用邊長(zhǎng)為100 mm的立方體試件，通過(guò)DYE-3000型壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載。軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用直徑100 mm、高200 mm的圓柱體試件，通過(guò)MATSET材料壓縮試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載。彈性模量和泊松比按ASTM-C469規(guī)范[16]測(cè)試?？估瓘?qiáng)度試驗(yàn)采用JSCE CES82[17]推薦的330 mm×60 mm×13 mm狗骨頭試件，其中部受拉區(qū)尺寸為80 mm×30 mm×13 mm，通過(guò)STS-100微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其拉伸性能。

1.4 SHPB沖擊性能測(cè)試

如圖2所示，動(dòng)態(tài)壓縮性能試驗(yàn)通過(guò)分離式霍普金森壓力桿（SHPB）和直徑100 mm、高50 mm的試件進(jìn)行。SHPB由撞擊桿、入射桿、透射桿、能量吸收桿和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。當(dāng)撞擊桿撞擊入射桿時(shí)，入射桿上的應(yīng)變片記錄入射脈沖εi（t）。由于入射桿和沖擊試件的波阻抗不同，部分脈沖透過(guò)試件傳遞至透射桿，并由透射桿上的應(yīng)變片記錄透射脈沖εt（t）。沿入射脈沖原路徑反射回入射桿的剩余脈沖，則通過(guò)入射桿上的應(yīng)變片記錄反射脈沖εr（t）。撞擊桿、入射桿和透射桿的長(zhǎng)度分別為1 000、5 500、3 500 mm，桿直徑、彈性模量和密度分別為100 mm、206 GPa和7 710 kg/m3?？刂茪鈮簽?.6、0.7、0.8 MPa，不同沖擊速度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變率為37、53、66 s-1。應(yīng)力σs（t）

、應(yīng)變?chǔ)舠

和應(yīng)變率ε˙s

分別按式（1）～式（3）計(jì)算[18]。

σs（t）=AE0Asεt（t）

（1）

εs=?2c0l0∫t0εrdt

（2）

ε˙s=?2c0l0εr

（3）

式中：A、E0和c0分別為桿的橫截面積、彈性模量和波速；As和l0分別為試件的橫截面積和長(zhǎng)度；t為時(shí)間。

2 靜力試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

圖3為立方體抗壓試件的典型破壞形態(tài)。與其他學(xué)者觀察到的PE-ECC破壞形態(tài)相似[19]，橡膠粉PE-ECC受壓破壞后，其立方體側(cè)面豎向開裂明顯，但未發(fā)生明顯的外鼓或剝落。這是由于PE纖維的橋連作用有效阻止了水泥基體中微裂紋的擴(kuò)展，立方體受壓破壞后仍保持了良好的完整性。

表3為測(cè)得的橡膠粉PE-ECC立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度?？梢钥闯?，隨著橡膠粉的加入，PE-ECC的抗壓強(qiáng)度降低明顯。橡膠粉粒徑為0.20 mm時(shí)（粒徑與等體積替換的細(xì)砂一致），橡膠粉PE-ECC的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度相對(duì)A組（無(wú)橡膠粉對(duì)照組）降低了17.3%和20.0%。對(duì)于試驗(yàn)選用的0.20～0.90 mm粒徑橡膠粉，當(dāng)粒徑為0.30 mm時(shí)，橡膠粉PE-ECC的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度均較高，表明該粒徑的橡膠粉對(duì)其抗壓強(qiáng)度削弱較小。橡膠粉作為一種惰性材料，難以與水直接反應(yīng)形成水化產(chǎn)物，僅能起到填充內(nèi)部空隙的作用。同一摻量下，橡膠粉粒徑越小，其總比表面積越大，膠凝材料與石英砂的結(jié)合面被削弱得越嚴(yán)重[20]?？傮w而言，在本試驗(yàn)選用的橡膠粉粒徑范圍內(nèi)，橡膠粉PE-ECC的抗壓強(qiáng)度隨橡膠粉粒徑增大呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

根據(jù)《活性粉末混凝土》（GB/T 31387—2015）[21]，普通混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度換算公式為fck=0.7fcu。采用該公式計(jì)算試驗(yàn)橡膠粉PE-ECC的軸心抗壓強(qiáng)度，得到其與實(shí)測(cè)強(qiáng)度的比值為0.89～0.94。在此基礎(chǔ)上，給出修正后的橡膠粉PE-ECC抗壓強(qiáng)度換算關(guān)系式為

f'ck=0.77f'cu

（4）

式中：f'ck

、f'cu

分別為橡膠粉PE-ECC的軸心抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度。

由式（4）計(jì)算得到的橡膠粉PE-ECC抗壓強(qiáng)度回歸系數(shù)R2=0.86，皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.93，表明二者相關(guān)性較好。

2.2 彈性模量與泊松比

根據(jù)ASTM-C469[16]，橡膠粉PE-ECC的彈性模量和泊松比參考式（5）、式（6）取值。

E=S2?S1ε2?0.000 050

（5）

λ=εt2?εt1ε2?0.000 050

（6）

式中：S2

為峰值應(yīng)力的40%；ε2

為S2

對(duì)應(yīng)的縱向應(yīng)變；S1

為縱向應(yīng)變?yōu)?.000 050對(duì)應(yīng)的應(yīng)力；εt2

為40%峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的橫向應(yīng)變；εt1

為縱向應(yīng)變?yōu)?.000 050對(duì)應(yīng)的橫向應(yīng)變。

表4為橡膠粉PE-ECC的彈性模量和泊松比?？梢钥闯?，隨著橡膠粉的加入，PE-ECC的彈性模量有所降低，而泊松比整體增大。橡膠粉粒徑為0.20 mm時(shí)，B組PE-ECC的彈性模量相對(duì)A組降低了15.1%，泊松比則增大了15.2%。這是由于橡膠粉的彈性模量遠(yuǎn)低于石英砂，且其與膠凝材料的黏結(jié)界面也相對(duì)更弱，受壓更易變形。此外，橡膠粉的加入會(huì)削弱水泥基體對(duì)PE纖維的錨固作用，導(dǎo)致PE纖維的裂紋橋聯(lián)作用消退，受壓時(shí)的橫向變形增大，因而橡膠粉PE-ECC的泊松比更大。隨著粒徑由0.20 mm增大至0.90 mm，橡膠粉PE-ECC的彈性模量和泊松比波動(dòng)明顯，且橡膠粉粒徑為0.45 mm時(shí)的泊松比最大，表明該粒徑橡膠顆粒對(duì)纖維的裂紋橋聯(lián)作用削弱最嚴(yán)重。

2.3 劈裂抗拉強(qiáng)度

劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)參照《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019）進(jìn)行。由于纖維橋聯(lián)作用能抑制裂縫擴(kuò)展，劈裂荷載作用下，PE-ECC未發(fā)生劇烈的脆性破壞。加載過(guò)程中，裂縫兩側(cè)的PE纖維不斷被拔出或拉斷，纖維橋聯(lián)作用逐漸失效，最終導(dǎo)致沿主裂縫緩慢劈裂破壞。

由于橡膠粉增加了PE-ECC內(nèi)部的初始缺陷，劈裂荷載下，缺陷處的應(yīng)力集中效應(yīng)更明顯[22]，圖4顯示不同粒徑的橡膠粉PE-ECC劈裂抗拉強(qiáng)度相對(duì)無(wú)橡膠粉對(duì)照組均有不同程度的下降。橡膠粉粒徑為0.20 mm時(shí)，橡膠粉PE-ECC的劈裂抗拉強(qiáng)度相較A組降低了22.2%。粒徑由0.20 mm增大至0.90 mm，橡膠粉PE-ECC的劈裂抗拉強(qiáng)度穩(wěn)定在4.6 MPa左右，橡膠粉粒徑對(duì)PE-ECC劈裂抗拉強(qiáng)度的影響可忽略不計(jì)。

2.4 軸向拉伸性能

圖5為測(cè)得的橡膠粉PE-ECC軸向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，軸心抗拉強(qiáng)度見表5。軸向拉伸加載時(shí)，橡膠粉PE-ECC呈現(xiàn)典型的多縫開裂特征。多縫開裂是由纖維的最大橋接應(yīng)力大于基體開裂強(qiáng)度所致[23]，而橡膠粉的加入大幅削弱了PE纖維與水泥基體的界面黏結(jié)作用，加速主裂縫的形成，導(dǎo)致極限狀態(tài)下橡膠粉PE-ECC的裂縫數(shù)量明顯比無(wú)橡膠粉對(duì)照組更少。

結(jié)合圖5，各組PE-ECC的軸向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變?cè)缙诰３志€性增長(zhǎng)，在裂縫出現(xiàn)后，拉伸應(yīng)力短暫下降，而后波動(dòng)回升并進(jìn)入平臺(tái)段，最后隨主裂縫出現(xiàn)喪失承載能力。與無(wú)橡膠粉PE-ECC相比，粒徑為0.20 mm的橡膠粉PE-ECC初裂抗拉強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度和極限拉應(yīng)變分別減小了5.2%、30.2%和33.9%。與此同時(shí)，粒徑由0.20 mm增大至0.90 mm，橡膠粉PE-ECC的初裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)一步降低了18.8%。結(jié)合表5，粒徑為0.30 mm的橡膠粉PE-ECC極限抗拉強(qiáng)度和極限拉應(yīng)變相對(duì)其他橡膠粉PE-ECC均更高，表明該粒徑橡膠粉對(duì)PE纖維與水泥基體的錨固及拉伸性能影響相對(duì)較小。

3 沖擊試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 破壞形態(tài)

圖6為沖擊加載后的PE-ECC破壞形態(tài)?？梢钥闯觯S著沖擊應(yīng)變率提高，試塊的破碎程度越劇烈。不同于普通混凝土的完全碎裂破壞，試驗(yàn)觀察到PE-ECC的大部分碎塊被纖維連接在一起，且破碎面附近的纖維呈亂向分布。同一沖擊應(yīng)變率下，橡膠粉PE-ECC的破壞程度相對(duì)無(wú)橡膠粉對(duì)照組更劇烈。這是由于橡膠粉增加了PE-ECC內(nèi)部的初始缺陷，沖擊荷載作用下橫向變形增大，致使破碎更嚴(yán)重。此外，不同粒徑橡膠粉PE-ECC的沖擊破壞形態(tài)相似，橡膠粉粒徑對(duì)PE-ECC的沖擊破壞形態(tài)影響較小。

3.2 動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖7為不同應(yīng)變率下無(wú)橡膠粉PE-ECC（A組）和0.20 mm粒徑橡膠粉PE-ECC（B組）的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。可以看出，由于橡膠顆粒具有更強(qiáng)的消能能力，沖擊荷載作用下，B組橡膠粉PE-ECC吸收了更多的沖擊動(dòng)能，其動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段也相對(duì)更緩和。應(yīng)變率由37 s-1增大至66 s-1，A組和B組的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度也分別提高了7.9%和24.7%，其動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線包絡(luò)面積也逐漸增大。顯然，橡膠粉PE-ECC的動(dòng)態(tài)壓縮性能受應(yīng)變率影響更明顯。這是由于應(yīng)變率越大，沖擊能量越高，根據(jù)功能原理，橡膠粉PE-ECC在沿多條裂縫擴(kuò)展的同時(shí)，只能提高自身應(yīng)力抵消外部能量[13]。結(jié)合表6，隨著橡膠粉的加入，B組的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度相對(duì)A組降低了21.2%。這是由于PE-ECC的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度受纖維增韌作用影響較大[24]，橡膠粉削弱了PE纖維與膠凝材料的界面錨固作用，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度降低。

圖8為沖擊應(yīng)變率為66 s-1時(shí)的橡膠粉PE-ECC動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)，曲線上升段最大斜率出現(xiàn)在橡膠粉粒徑為0.45 mm的D組，而粒徑為0.30 mm的C組其動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線相對(duì)其他橡膠粉PE-ECC更為飽滿。結(jié)合表6，橡膠粉粒徑由0.20 mm增大至0.90 mm， PE-ECC的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定在105 MPa左右，其中 C組（粒徑為0.30 mm）的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度相對(duì)最高，與橡膠粉PE-ECC的靜態(tài)抗壓強(qiáng)度分布特征一致。

3.3 動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)因子DIF

動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)因子DIF是指動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度與靜態(tài)抗壓強(qiáng)度的比值，可以較好地反映動(dòng)態(tài)壓縮荷載下材料強(qiáng)度的增幅[25]。圖9給出了沖擊應(yīng)變率對(duì)PE-ECC的DIF值的影響?？梢钥闯觯琍E-ECC應(yīng)變率增強(qiáng)效應(yīng)明顯，隨著沖擊應(yīng)變率的提高，PE-ECC的DIF值逐漸增大，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度也越大，抗沖擊性能也更好。應(yīng)變率由37 s-1增大至66 s-1，A組和B組的DIF值分別增長(zhǎng)了7.9%和24.7%。顯然，橡膠粉作為彈性體增強(qiáng)了PE-ECC的應(yīng)變率敏感性，并改善了其抗沖擊性能。同一應(yīng)變率下，橡膠粉粒徑介于0.20～0.90 mm時(shí)，橡膠粉PE-ECC的DIF隨橡膠粉粒徑增大整體呈減小趨勢(shì)。

3.4 動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變分析

圖10為不同沖擊應(yīng)變率下PE-ECC的動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變情況。可以看出，相同應(yīng)變率下，橡膠粉PE-ECC的動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變均高于無(wú)橡膠粉對(duì)照組，其動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變的應(yīng)變率增強(qiáng)效應(yīng)也更明顯。這是由于橡膠粉PE-ECC更多的內(nèi)部孔隙提供了相對(duì)更大的沖擊壓縮變形空間[26]。

與無(wú)橡膠粉PE-ECC相比，橡膠粉PE-ECC動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變的應(yīng)變率增強(qiáng)效應(yīng)更明顯。應(yīng)變率由37 s-1增大至66 s-1，A組和B組的動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變分別提高了20.9%和29.8%。同一應(yīng)變率下，橡膠粉粒徑對(duì)PE-ECC動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變的影響很小。沖擊應(yīng)變率為66 s-1時(shí)，各橡膠粉PE-ECC的動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變穩(wěn)定在4.8%左右。

4 結(jié)論與展望

對(duì)摻入不同粒徑橡膠粉的PE-ECC進(jìn)行了靜力性能和抗沖擊性能試驗(yàn)，探討了其基本物理力學(xué)性能隨橡膠粉粒徑的變化規(guī)律，得到了不同應(yīng)變率下橡膠粉PE-ECC的動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)因子DIF、動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變，主要結(jié)論如下：

1）隨著橡膠粉的加入，PE-ECC的靜力抗壓強(qiáng)度降低明顯，橡膠粉粒徑為0.30 mm、體積摻量為10%的PE-ECC抗壓強(qiáng)度降幅較小，其立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量相比無(wú)橡膠粉PE-ECC分別減小了8.9%、15.6%和10.8%。在橡膠粉粒徑在0.20～0.9 mm之間時(shí)，PE-ECC的抗壓強(qiáng)度隨橡膠粉粒徑增大呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2）橡膠粉PE-ECC的劈裂抗拉強(qiáng)度相對(duì)無(wú)橡膠粉PE-ECC有所減小，且受橡膠粉粒徑影響很小，不同粒徑橡膠粉PE-ECC受拉多縫開裂特征明顯，極限拉應(yīng)變均接近4.6%，橡膠粉PE-ECC受拉延性良好。

3）橡膠粉的摻入有利于PE-ECC吸收更多的沖擊動(dòng)能，其動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段相比無(wú)橡膠粉對(duì)照組更平緩。隨著沖擊應(yīng)變率的提高，橡膠粉PE-ECC的動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)因子DIF和動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度逐漸增大，橡膠粉PE-ECC的抗沖擊性能良好。

4）沖擊荷載作用下，橡膠粉PE-ECC動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變的應(yīng)變率增強(qiáng)效應(yīng)明顯，相同沖擊應(yīng)變率下，其動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變均高于無(wú)橡膠粉對(duì)照組，且橡膠粉粒徑對(duì)動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變影響較小。應(yīng)變率為66 s-1時(shí)，各組橡膠粉PE-ECC的動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變均接近4.8%。

橡膠粉PE-ECC作為一種低彈模、抗沖擊性能好的新型材料，有關(guān)其本構(gòu)模型的研究目前還較少，不利環(huán)境等因素對(duì)其物理力學(xué)性能的研究也尚不成熟，圍繞上述問(wèn)題后續(xù)仍需開展更多的研究。

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