黏土仿真混凝土及其塑性的調節模擬方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及建筑材料改進技術領域，特別是涉及改善仿真混凝土塑性。
【背景技術】
[0002] 結構動力破壞模型試驗不僅是了解大型混凝土結構非線性動力響應與地震破壞 形態的重要手段，也是驗數值分析正確與否的方法對于大型混凝土結構的大縮尺動力破壞 模型試驗，要求仿真模型材料要有低強度或者高密度的特點，并且要保證其物理力學特性 與普通混凝土相似。這使得研究混凝土仿真材料各項力學參數及性能成為一個新的研究領 域。對于仿真混凝土的彈模、抗壓強度、抗拉強度、本構關系等基本性能的研究已有文獻作 過詳細闡述。仿真混凝土采用與普通混凝土材料近似的配方，放著混凝土的粗骨料尺寸比 普通混凝土的粗骨料尺寸小許多，造成骨料與水泥砂漿的接觸面較普通混凝土大得多；另 外，仿真混凝土中水泥含量比普通混凝土水泥含量低，使水泥砂漿自身的強度及其與骨料 問的黏結力較低。基于這兩方面因素，外力作用下仿真混凝土黏結裂縫的發展較普通混凝 土快，并與水泥砂漿內部裂縫相互貫通，從而導致仿真混凝土應力-應變曲線下降段較陡， 脆性比普通混凝土大。
【發明內容】
[0003] 為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了改善仿真混凝土塑性的一種方法。 本發明所采用的技術方案是：在仿真混凝土中摻加一定質量分數的黏土來制成黏土仿真混 凝土，通過測試它的物理力學性能，觀察黏土對仿真混凝土脆性的改善情況。仿真混凝土配 方見表1。
[0004] 表1基準仿真混凝土（EC)及五種黏土仿真混凝土的配合比
[0005]
[0006] 黏土仿真混凝土，水泥采用32. 5MPa普通硅酸鹽水泥；礦石粉、重晶粉、重晶石砂 的粒徑為按照幾何相似比尺換算成普通混凝土骨料粒徑，0. 05~2. 0_，顆粒級配屬于級 配II區；黏土：大連地區某水庫土石壩壩基邊坡粉質黏土，經曬干、粉碎、磨細、過篩（篩孑L2ram)后，其骨料級配與基準仿真混凝土相近；表1為基準仿真混凝土（EC)及摻入黏土的 黏土仿真混凝土（NC)配合比。
[0007] 黏土仿真混凝土塑性的調節模擬方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟一，制備表1中的五種不同配比的黏土仿真混凝土：水泥采用32. 5MPa普通硅 酸鹽水泥；礦石粉、重晶粉、重晶石砂的粒徑為按照幾何相似比尺換算成普通混凝土骨料粒 徑，0. 05~2. 0mm，顆粒級配屬于級配II區；黏土 ：大連地區某水庫土石壩壩基邊坡粉質黏 土，經曬干、粉碎、磨細、過篩（篩孔2mm)后，其骨料級配與基準仿真混凝土相近。
[0009] 步驟二，試件制備：每一種黏土仿真混凝土制備尺寸為IOOmmXIOOmmXIOOmm的 立方體單軸壓縮標準試件30個，用于單軸壓縮試驗；每一種黏土仿真混凝土制備中間邊長 為70mm，兩端逐漸過渡到邊長為IOOmm的標準啞鈴型單軸拉伸試件30個，這種試件中間試 驗部分高度100mm，總高度200mm用于單軸拉伸試驗；每一種黏土仿真混凝土制備尺寸為 100_X100_X515mm的長方體標準試件30個用于四點彎曲試驗；
[0010] 步驟三，試件養護：各種試件平均養護溫度20°C，相對濕度60 %左右，養護齡期 24h；
[0011] 步驟四黏土仿真混凝土塑性的調節模擬：
[0012] 對每一種黏土仿真混凝土所有試件進行各自的試驗，比較五種不同黏土仿真混凝 土試件的彈性模量、抗壓強度、抗壓峰值應變、抗拉強度、抗拉峰值應變、彎曲抗拉強度、四 點最大撓度；再與基準仿真混凝土相比較，找出黏土含量的最佳區間。
[0013] 得出黏土仿真混凝土的彈性模量、抗壓強度隨著黏土體積分數的增加有不同程度 降低，抗壓峰值應變有所增大，抗拉強度、抗拉峰值應變及四點彎曲最大撓度則均有所增 加；應該指出的是，黏土仿真混凝土的變形能力及抗拉強度并不總是隨著黏土含量的增加 而增加，而是存在一個最佳值。黏土含量超過該值后不僅彈性模量、抗壓強度的降低會更明 顯，抗拉峰值應變也會減小。
[0014] 本發明的有益效果在于，（1)與基準仿真混凝土相比，黏土仿真混凝土的彈模、抗 壓強度有所降低，抗壓及抗拉峰值應變、四點彎曲最大撓度都明顯增加，但黏土仿真混凝土 的抗拉強度比基準仿真混凝土有所提高。（2)黏土仿真混凝土破壞時表現出明顯的延性特 征，加載過程中產生顯著的塑性變形，說明其較基準仿真混凝土的變形協調能力大多。黏 土仿真混凝土的塑性并不總是隨著黏土含量的增加而增加，而是存在一個最佳值，超過或 低于該值不但材料彈性模量會降低得更多，抗拉、抗壓峰值應變也會減小。（3)本文提出的 這種方法能使仿真混凝土的脆性得到良好的改善，使仿真混凝土的本構關系、破壞形態及 物理特性都能更相似于普通混凝土。將此種方法應用于仿真模型動力破壞試驗時，能夠更 好地反映出混凝土原型結構動力破壞時的真實情況，并且生產這種仿真模型材料的方法簡 單，便于操作，安全無污染。
[0015] 本發明對以后仿真混凝土材料廣泛應用于模型試驗及工程實際具有重要的現實 意義。基準仿真混凝土應力-應變曲線下降段較陡，脆性比普通混凝土大。通過添加黏土， 仿真混凝土的脆性得到了改善。
【具體實施方式】
[0016] L試驗研究
[0017] LI原材料及配合比
[0018] 水泥：32. 5MPa(抗壓強度）普通硅酸鹽水泥；礦石粉、重晶粉、重晶石砂的粒徑為 按照幾何相似比尺換算成普通混凝土骨料粒徑，〇. 05~2. 0_，顆粒級配屬于級配II區；黏 土：大連地區某水庫土石壩壩基邊坡粉質黏土，經曬干、粉碎、磨細、過篩（篩孑L2ram)后， 其骨料級配與基準仿真混凝土相近；表1為基準仿真混凝土（EC)及摻人黏土的黏土仿真混 凝土（NC)配合比。
[0019] 1.2試驗方法
[0020] 采用尺寸為IOOmmXIOOmmXIOOmm的立方體標準試件做單軸壓縮試驗；采用 中間邊長為70mm，兩端逐漸過渡到邊長為IOOmm的正方形（即標準啞鈴型試件），其中 間試驗部分高度100mm，總高度200mm的標準啞鈴型試件做單軸拉伸試驗；采用尺寸為 IOOmmXIOOmmX515mm的長方體標準試件做四點彎曲試驗。試驗時平均養護溫度20°C，相 對濕度60%左右，養護齡期24h。單軸抗壓、抗拉試驗加載速率分別為0. 6,0. 06mm/min。由 于仿真混凝土材料的彈性模量和強度都比普通混凝土低1~2個數級，因此加載設備采用 SANS牌I-IOt型萬能試驗機，根據試驗需要，加載裝置可以自行更換。數據采集系統采用 SANS試驗機自帶軟件，采集速度可達104次/s，確保了試驗過程中記錄數據的準確性。
[0021] 2試驗結果