EPS顆粒對混凝土沖擊吸能特性影響分析

冉 雪 美

(安徽理工大學礦山地下工程教育部工程研究中心，安徽 淮南　232001)

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EPS顆粒對混凝土沖擊吸能特性影響分析

冉 雪 美

(安徽理工大學礦山地下工程教育部工程研究中心，安徽 淮南232001)

對5種不同EPS顆粒體積摻量的混凝土進行單軸沖擊壓縮試驗，并分析不同EPS顆粒體積摻量混凝土的沖擊吸能特性。試驗結果表明：混凝土比能量吸收隨應變率的增加而增加，具有顯著的應變率效應；根據比能量吸收，得出EPS顆粒體積摻量在10%～30%之間，EPS混凝土沖擊吸能特性優于普通混凝土，應變率為60 s-1時EPS顆粒體積摻量為30%時沖擊吸能特性最好。

EPS混凝土，應變率，吸能特性

1　概述

EPS混凝土的研究最早開始于20世紀50年代，德、法為了解決日益嚴重的環境污染問題，將廢棄EPS顆粒加入混凝土中制作EPS混凝土。隨后，大量學者對EPS混凝土靜態和動態力學性能進行了研究，但由于其具有良好的抗沖擊性能，對其沖擊吸能特性的研究很有必要。白二雷[1]采用分離式霍普金森壓桿試驗裝置，研究了EPS顆粒對混凝土的增韌效應，探討了EPS顆粒對混凝土的增韌機理。胡澤斌[2]分析了應變率效應以及 EPS顆粒體積摻量對EPS混凝土吸能特性的影響，探討了能量吸收特性與試件破壞形態之間的關系。丁國博等[3]采用SHPB試驗裝置研究了EPS混凝土緩沖吸能特性，試驗結果表明：應變率增加，EPS混凝土的緩沖吸能特性近似呈線性增加，應變率效應顯著。但目前關于EPS混凝土沖擊吸能特性的研究還較少，對其進行研究具有重要意義。

2　試驗結果與分析

按照EPS顆粒體積摻量的不同將EPS混凝土試件分成5組。每組EPS混凝土試件采用三種不同氣壓進行沖擊壓縮試驗。采用單位體積混凝土吸收沖擊應力波的能量大小，即比能量吸收a來表征EPS混凝土的沖擊吸能特性[4]：

其中，A和As分別為壓桿和試件的橫截面面積；C為壓桿彈性縱波波速；E為壓桿彈性模量；ls為試件厚度；εi，εr，εt分別為入射、反射、透射應變。

試驗結果見表1，表中的平均應變率為試件從應力均勻性時刻到試件破壞時刻之間的應變率平均值。

3　EPS混凝土沖擊吸能特性分析

根據表1繪制EPS混凝土比能量吸收與應變率的關系，見圖1。

表1　EPS混凝土SHPB試驗結果

從圖1可看出，隨著應變率的增加，混凝土的比能量吸收逐漸增加，具有明顯的應變率效應，這主要是由于沖擊荷載作用下，混凝土內部出現裂紋并且繼續擴展，應變率越高，沖擊的荷載越大，單位體積的EPS混凝土產生的裂紋數目就越多，需要的能量就越多。當EPS顆粒體積摻量在10%～30%之間時，EPS混凝土沖擊吸能特性與普通混凝土相比有所提高，這是因為EPS顆粒內部存在大量孔腔結構，具有良好的能量吸收特性。當EPS顆粒體積摻量在10%～30%之間，應變率在20 s-1～70 s-1之間，隨著EPS顆粒體積摻量的增加，混凝土的沖擊吸能特性有所增加，應變率越大時，EPS混凝土的緩沖吸能特性的增加隨EPS顆粒體積摻量的增加越明顯，當應變率為60 s-1左右時，EPS顆粒體積摻量為30%的EPS混凝土的能量吸收特性最優。但當EPS顆粒體積摻量達到40%時，由于摻加過多的EPS顆粒，混凝土在制備過程中很難攪拌均勻，離析現象嚴重，在混凝土中造成大量孔隙，同時界面粘結性變差，使混凝土內部所形成的孔腔結構不均勻性加劇，從而導致EPS混凝土的沖擊吸能特性迅速降低，且其沖擊吸能特性遠小于普通混凝土。

4　結語

1)相同EPS顆粒體積摻量下，混凝土比能量吸收隨應變率增加而逐漸增大，應變率效應明顯。

2)當EPS顆粒體積摻量在10%～30%，應變率在20 s-1～70 s-1之間，應變率越大時，EPS混凝土的緩沖吸能特性的提高隨EPS顆粒體積摻量的增加越明顯，當應變率為60 s-1時，EPS顆粒體積摻量為30%的EPS混凝土的能量吸收特性最優。

[1]白二雷，許金余，高志剛.沖擊荷載作用下EPS混凝土動態性能研究[J].振動與沖擊，2012，31(13)：53-57.

[2]胡澤斌，許金余，彭高豐，等.沖擊荷載作用下聚苯乙烯混凝土的吸能特性[J].硅酸鹽學報，2010，38(7)：1173-1178.

[3]丁國博，許金余.早強EPS混凝土動態壓縮力學行為的SHPB試驗研究[J].混凝土，2011，255(1)：28-33.

[4]余同希，盧國興.材料與結構的能量吸收：耐撞性·包裝·安全防護[M].華云龍，譯.北京：化學工業出版社，2005:209-212.

Analysis the effect of energy absorbing property with EPS

Ran Xuemei

(UndergroundEngineeringResearchCenterforMiningofMinistryofEducation,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,China)

The impact compression test was carried out on 5 kinds of concrete with different EPS volume, analyzes the effect of energy absorbing property with EPS volume fraction. The experimental results showed that the specific energy absorption of concrete increased with the increase of strain rate, which shows obvious strain rate dependence. According to the specific energy absorption, the energy absorption of EPS concrete amongst 10%～30% is better than the ordinary concrete, strain rate is 60 s-1, the optimum volume fraction of EPS is 30%.

EPS concrete, strain rate, energy absorbing property

1009-6825(2016)08-0143-02

2016-01-09

冉雪美(1989- )，女，在讀碩士

TU528

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