EPS颗粒对混凝土冲击吸能特性影响分析

冉 雪 美

(安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心，安徽 淮南　232001)



EPS颗粒对混凝土冲击吸能特性影响分析

冉 雪 美

(安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心，安徽 淮南232001)

对5种不同EPS颗粒体积掺量的混凝土进行单轴冲击压缩试验，并分析不同EPS颗粒体积掺量混凝土的冲击吸能特性。试验结果表明：混凝土比能量吸收随应变率的增加而增加，具有显著的应变率效应；根据比能量吸收，得出EPS颗粒体积掺量在10%～30%之间，EPS混凝土冲击吸能特性优于普通混凝土，应变率为60 s-1时EPS颗粒体积掺量为30%时冲击吸能特性最好。

EPS混凝土，应变率，吸能特性

1　概述

EPS混凝土的研究最早开始于20世纪50年代，德、法为了解决日益严重的环境污染问题，将废弃EPS颗粒加入混凝土中制作EPS混凝土。随后，大量学者对EPS混凝土静态和动态力学性能进行了研究，但由于其具有良好的抗冲击性能，对其冲击吸能特性的研究很有必要。白二雷[1]采用分离式霍普金森压杆试验装置，研究了EPS颗粒对混凝土的增韧效应，探讨了EPS颗粒对混凝土的增韧机理。胡泽斌[2]分析了应变率效应以及 EPS颗粒体积掺量对EPS混凝土吸能特性的影响，探讨了能量吸收特性与试件破坏形态之间的关系。丁国博等[3]采用SHPB试验装置研究了EPS混凝土缓冲吸能特性，试验结果表明：应变率增加，EPS混凝土的缓冲吸能特性近似呈线性增加，应变率效应显著。但目前关于EPS混凝土冲击吸能特性的研究还较少，对其进行研究具有重要意义。

2　试验结果与分析

按照EPS颗粒体积掺量的不同将EPS混凝土试件分成5组。每组EPS混凝土试件采用三种不同气压进行冲击压缩试验。采用单位体积混凝土吸收冲击应力波的能量大小，即比能量吸收a来表征EPS混凝土的冲击吸能特性[4]：

其中，A和As分别为压杆和试件的横截面面积；C为压杆弹性纵波波速；E为压杆弹性模量；ls为试件厚度；εi，εr，εt分别为入射、反射、透射应变。

试验结果见表1，表中的平均应变率为试件从应力均匀性时刻到试件破坏时刻之间的应变率平均值。

3　EPS混凝土冲击吸能特性分析

根据表1绘制EPS混凝土比能量吸收与应变率的关系，见图1。

表1　EPS混凝土SHPB试验结果

从图1可看出，随着应变率的增加，混凝土的比能量吸收逐渐增加，具有明显的应变率效应，这主要是由于冲击荷载作用下，混凝土内部出现裂纹并且继续扩展，应变率越高，冲击的荷载越大，单位体积的EPS混凝土产生的裂纹数目就越多，需要的能量就越多。当EPS颗粒体积掺量在10%～30%之间时，EPS混凝土冲击吸能特性与普通混凝土相比有所提高，这是因为EPS颗粒内部存在大量孔腔结构，具有良好的能量吸收特性。当EPS颗粒体积掺量在10%～30%之间，应变率在20 s-1～70 s-1之间，随着EPS颗粒体积掺量的增加，混凝土的冲击吸能特性有所增加，应变率越大时，EPS混凝土的缓冲吸能特性的增加随EPS颗粒体积掺量的增加越明显，当应变率为60 s-1左右时，EPS颗粒体积掺量为30%的EPS混凝土的能量吸收特性最优。但当EPS颗粒体积掺量达到40%时，由于掺加过多的EPS颗粒，混凝土在制备过程中很难搅拌均匀，离析现象严重，在混凝土中造成大量孔隙，同时界面粘结性变差，使混凝土内部所形成的孔腔结构不均匀性加剧，从而导致EPS混凝土的冲击吸能特性迅速降低，且其冲击吸能特性远小于普通混凝土。

4　结语

1)相同EPS颗粒体积掺量下，混凝土比能量吸收随应变率增加而逐渐增大，应变率效应明显。

2)当EPS颗粒体积掺量在10%～30%，应变率在20 s-1～70 s-1之间，应变率越大时，EPS混凝土的缓冲吸能特性的提高随EPS颗粒体积掺量的增加越明显，当应变率为60 s-1时，EPS颗粒体积掺量为30%的EPS混凝土的能量吸收特性最优。

[1]白二雷，许金余，高志刚.冲击荷载作用下EPS混凝土动态性能研究[J].振动与冲击，2012，31(13)：53-57.

[2]胡泽斌，许金余，彭高丰，等.冲击荷载作用下聚苯乙烯混凝土的吸能特性[J].硅酸盐学报，2010，38(7)：1173-1178.

[3]丁国博，许金余.早强EPS混凝土动态压缩力学行为的SHPB试验研究[J].混凝土，2011，255(1)：28-33.

[4]余同希，卢国兴.材料与结构的能量吸收：耐撞性·包装·安全防护[M].华云龙，译.北京：化学工业出版社，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，在读硕士

TU528

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