开题报告(王俊)

1、橡胶混凝土力学性能的分形研究橡胶混凝土力学性能的分形研究 专专 业：结构工程业：结构工程 研究方向：结构动态分析研究方向：结构动态分析 研究生：王研究生：王 俊俊 导导 师：白英师：白英 教授教授1.研究的目的和意义2.国内外研究现状3.研究内容和方案 4.预期目标 橡胶混凝土是以混凝土为基材, 掺入胶粉包括粒径较大的胶粒制成的土木工程复合材料。胶粉主要通过物理作用改善混凝土的内部结构, 不改变混凝土中各种材料的化学性能，因而不会破坏混凝土的耐久性。 废旧橡胶作为一种工业废弃物其数量在废旧高分子材料中仅次于废旧塑料居第二位, 不仅污染环境, 而且占用土地。日益增加的废橡胶的处理已成为全球性环境

2、及资源难题,其合理回收与利用,对于环保问题突出、资源相对缺乏的我国尤其具有重要意义。将废橡胶掺入普通混凝土内, 既减少了废橡胶固体废弃物, 又能够改善普通混凝土的一些性能, 能够为生产所用。因此, 研究橡胶混凝土的材料性能有着重要的科学意义和社会意义。 近年来，分形理论在材料、地质、物理、化学、生物等许多学科中的应用如雨后春笋一般迅速发展起来，大量研究表明：分形可以有效地定量描述和区分那些具有自相似或统计自相似特征的复杂的、极不规则的形体或行为。分形理论为描述混凝土的骨料级配问题和混凝土内部不规则裂缝问题提供了一条新途径。本试验将分维值引入混凝土骨料的级配研究上，使我们可以从一个新的角度尝试对

3、骨料进行定量分析。从骨料自身角度出发将骨料级配分维值作为衡量骨料级配优劣的指标，这对今后混凝土骨料的研究应该是个比较好的方向。此外，分形维数作为构件损伤程度的一个衡量指标，用其来描述混凝土表面裂纹的扩展，为混凝土剩余寿命的评价及结构的无损检测提供了一种新的途径。 近20年来，分形理论已经得到广泛的应用,在包括物理、化学、生物学、天文学、材料学、计算机图形学、经济学、哲学等相对独立的领域内获得了大量成果。著名混凝土专家S.Diamond分析了混凝土断面集料的分形特征；徐定华教授在专著混凝土材料学概论中对集料的粒型分形特征进行了评价。 掺废旧橡胶颗粒混凝土凭其重量轻、韧性高、能量吸收多、隔声、隔热

4、、减震等优异性能,且有效地对废弃橡胶进 行了再利用等优点, 日益受到各国学者的重视。从上个世纪80年代开始, 很多学者和研究人员就将焦点移到了将废轮胎橡胶掺加到混凝土的领域上。 Topcu IB分别以15% 30% 45%的橡胶粉按质量取代粗细骨料, 得到的混凝土脆性随橡胶粉掺量的增大而减小。 lee研究表明, 含有30% 45% 60%的橡胶粉改性的混凝土的断裂是在逐步剪切下产生的, 并形成了一种斜纹断面，而未经橡胶粉改性的混凝土却表现出爆发性断裂, 试样能分裂成多块。因此, 当橡胶掺量达到一定程度时, 混凝土断裂模式不同于普通混凝土的脆性断裂, 呈现屈服破坏形态从而吸收更多的能量, 因此,

5、其韧性得以提高。 杨若冲在掺聚合物的橡胶混凝土路用性能研究掺聚合物的橡胶混凝土路用性能研究一文中一文中表明:替代粗集料的橡胶体积分数不超过30 %时,可获得路用性能及减振降噪效果较优的橡胶混凝土路面材料。 应用实例 国外已有将橡胶混凝土应用于道路、铁路、桥梁等交通工程的工程实例。如2003 年6 月，美国亚利桑拿州交通部首次在该州北部建造了世界上第一条橡胶混凝土路面道路段，因其性能优良，2003 年10 月，该州交通部又建造了多个弹性混凝土试验点路段。众多的研究资料均指明, 国内外对橡胶混凝土的研究大部分涉及其强度和变形性能,基本一致的研究结论是： 随着橡胶粉掺量的增加, 混凝土强度会显著降低

6、, 韧性有所增加。由于目前关于橡胶混凝土颗粒级配分形试验研究极少, 所以在这一阶段的试验中 ,制备不同骨料级配分维值以考察橡胶颗粒在不同掺量的情况下的强度指标, 期望能寻找出影响橡胶混凝土强度的一些因素以及橡胶混凝土强度配合比的一些规律, 为今后橡胶混凝土的研究打下基础。所以本文将研究和分析以下内容： 1）研究和分析橡胶混凝土橡胶骨料级配的分形特征对其力学性能及早期表面塑性开裂的影响。 2）设计和实施橡胶混凝土测试方法。 3）从理论上探讨橡胶混凝土两种骨料级配的分形特征与其强度和早期表面塑性开裂的优化设计。研究方案如下： 取骨料级配分维值D=2.2，2.4，2.6，2.8，用粒径为0.16mm

7、，0.315，0.63，1.25，2.50，5.0，10.0，16.0，20.0的标准筛筛分骨料，求出级配骨料的通过率。骨料粒径分布函数的分形级配形式: （ ） 其中式中，N(r)为不大于粒径r的骨料总数， 为系统骨料总数； 为骨料最大粒径， 为骨料最小粒径；D为骨料粒径分布维数。minminmax( )( )DDDDorrN rF rNrr03DoNmaxrminr 骨料质量分布函数的分形级配形式: （ ） 其中式中，M(r)为不大于粒径r的骨料总质量， 为系统骨料总质量； 为骨料最大粒径， 为骨料最小粒径；D为骨料粒径分布维数。 所以骨料分形级配形式表示为： 当 表示筛子孔径是， 表示级配

8、骨料的通过率。33min33minmax( )( )DDDDorrM rP rMrr03DoMmaxrminr33min33minmax( )DDDDxxP xxx( )P xx 大量研究得出结论： 混凝土骨料颗粒（粒径）级配质量分布与骨料颗粒（粒径）级配体积分布相等，都与体积分布维数有关，不同的分维值对应不同的级配关系，同样分形体积与分形空隙率也与分维值有关。 混凝土存在许多的分形现象，其中骨料的级配具有明显的自相似性，可以通过分形几何学及其相关原理进行系统深入的研究。 以两种不同粒径的微粒 1 5mm 橡胶粒或6 12 mm 橡胶块为橡胶掺合料,以30%体积替代砂或碎石配制不同分维值橡胶混

9、凝土。 试验采用的骨料可分两组：一组是粒径为1 5mm 橡胶粒以30%体积替代砂；另一组是粒径为6 12mm 橡胶粒以30%体积替代碎石。再以分维值D=2.2，2.4，2.6，2.8分别配置四组，拟配置8组试件。 每组试件为8块， 5块150mm 150mm150mm 标准抗压试件；3块100 mm100 mm400mm标准抗折，初步确定橡胶混凝土试块64块，试件成型后，静置24h 后，编号拆模，放入温度为202，湿度为90%以上移动式恒温恒湿养护箱标准养护28 天。 1）通过试验在水灰比、拌制、养护条件相同，只有骨料级配分维值不同的情况下，分别测试两组橡胶混凝土试块的抗折、抗压强度； 2）研究分析同种骨料橡胶混凝土试块抗压、抗折强度随不同分维值的变化情况。 (所有研究者的试验结果均表明与普通混凝土相比，橡胶混凝土的抗压强度和抗折强度略有降低，其降低程度与胶粉用量、粒径及表面粗糙度有关。) 3）通过实验得出外荷载作用下橡胶混凝土试件表面裂纹扩展的分形维数变化。 4）建立骨料级配维数与表面裂纹维数变化的关系。 5）从理论上探讨橡胶混凝土的优化设计。全国最长橡胶沥青混凝土路面在宜宾铺筑完工四川宜宾四川宜宾蜀南竹海景区橡胶沥青混凝土路面结构形式为：在旧混凝土路面上，铺筑1cm橡胶沥青碎石应