基于传统水泥混凝土“水泥石”结构模型，考虑粗集料作用的骨架作用，结合“大中心质”理论，以降低传统水泥混凝土对水泥石结构的依赖性为目的，马骉等提出了嵌锁密实水泥混凝土及其结构组成模型。相比传统水泥混凝土，嵌锁密实水泥混凝土具有强度更高、耐磨性更好、阻挡裂缝能力更强、资源节约等优点。但嵌锁密实水泥混凝土的刚度大，变形能力差，脆性破坏的可能性较高中国沥青网sinoasphalt.com。朱涵等针对橡胶水泥混凝土开展了大量研究工作，研究表明橡胶水泥混凝土的比重小、刚度较低，变形能力和抗冲击能力显著，收缩、抗冻、降噪、疲劳和抗高温等性能良好。然而掺加橡胶粉后，混凝土的强度出现不同程度的衰减，使其不满足工程要求，限制了橡胶混凝土的推广应用。相关研究工作者结合嵌锁密实水泥混凝土和橡胶水泥混凝土各自优点，以不影响嵌锁密实结构为前提，利用橡胶粉等体积法替代部分砂，形成橡胶粉嵌锁密实水泥混凝土。RICC混凝土不仅能够满足强度要求，而且混凝土的刚度降低，变形能力增强。虽然针对RICC混凝土开展了一系列有关强度及路用性能的研究工作，但处于初始阶段，仍需进一步探讨RICC混凝土的性能。

抗弯拉特性是水泥混凝土的一项重要指标，弯曲应力－应变曲线作为研究工作的焦点，传统的评价指标通常是抗弯拉强度和弯拉应变。由于RICC混凝土强度较高、变形能力较差，仅依据其中一项指标不能反映RICC的特点。根据材料破坏准则，Huber等人提出了能量类破坏准则，引入势能的概念来定义材料的破坏。应变能又称变形能，是指物体在变形过程中存储在物体内部的势能。而材料力学中应变能的计算是在不考虑动能及热能的条件下，根据能量守恒定律，荷载所做的功W在数值上等于受力物体的应变能。而弯曲应变能(势能)是能量准则中重要的一部分，可以充分体现弹性变形能力与强度理论，因而在众多领域得到良好的应用。葛折圣等论证了应用应变能评价沥青混合料的低温抗裂性能的科学性；周梅等人采用应变能密度评价橡胶集料对混凝土弯曲性能的影响，表明该方法具有实用性。

该文以橡胶粉嵌锁密实水泥混凝土为研究对象，采用抗弯拉试验的研究方法，考虑橡胶粉掺量对混凝土变形特性的影响，分析抗弯拉试验的荷载－挠度曲线，用弯曲应变能评价RICC混凝土随橡胶粉掺量的变化关系；同时与橡胶混凝土已有相关研究成果进行弯曲特性对比，由此为橡胶粉嵌锁密实水泥混凝土的研究工作提供可靠的参考依据。

试验材料与方法

试验材料

试验采用水泥为陕西生产的秦岭P．O．42.5型普通硅酸盐水泥；粗集料为陕西铜川产石灰岩碎石；细集料为陕西灞桥河砂，表观密度2.646g/cm3，细度模数2.34，中砂；橡胶粉为粒径40目级别的废旧轮胎橡胶粉，密度1.194g/cm3。减水剂采用聚羧酸液体减水剂，掺量为水泥质量的1%，减水率为25%。

橡胶粉嵌锁密实水泥混凝土的配合比设计根据嵌锁密实水泥混凝土配合比设计软件完成，得到粗集料的级配设计和材料组成设计。其中，粗集料组成比例为:(20~30)mm:(10~20)mm:(5~10)mm:(3~5)mm=0.67:0.29:0.02:0.01。混凝土的材料组成比例为：碎石:砂:水泥:水=1:0.48:0.26:0.10，橡胶粉等体积替代砂，掺量比例0、5%、10%、15%、20%、25%、30%。

试验方法

根据能量密度破坏准则，该准则主要适用于韧性破坏；在混凝土发生弹性变形过程中，可采用弹性应变能密度准则来判断材料的弹性变形能力；当材料发生破坏之前，混凝土处于弹塑性破坏状态，则用塑性应变能密度准则来判断。该文借鉴文献研究方法，采用弹性应变能、塑性应变能和总应变能的方式来评价RICC混凝土的弯曲变形性能，以破坏荷载的70%作为弹性与塑性破坏的分界点。

参考《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中对水泥混凝土弯拉试验的要求进行试验。按照橡胶粉掺量进行28d龄期下混凝土的弯拉试验。试验所采用试件的尺寸为100mm×100mm×400mm，平行试验为3组。

试验设备及加载

试验设备为MTS810万能材料试验机，采用三点加载方式进行弯拉试验，采用位移控制方式加载，加载速率为1mm/min。可通过计算机自动记录加载过程。

试验结果

试验结果可知：RICC混凝土荷载与挠度曲线随橡胶粉掺量的增加发生了明显的变化；荷载强度均随橡胶粉掺量的增加而下降，橡胶粉掺量为30%时荷载强度最小，相比RICC-0混凝土降低了44.1%；加载点处挠度随着橡胶粉掺量增加呈现不同的变化趋势，橡胶粉掺量为20%时，挠度达到最大，比RICC-0提高16.1%；橡胶粉的掺量为30%时挠度最小，比RICC-0降低17%。

可知：RICC混凝土的总应变能和弹性应变能具有相同的变化趋势，在橡胶粉掺量为5%时出现最大峰值，且在橡胶粉掺量分别为5%和20%时应变能均有峰值；而塑性应变能仅在橡胶粉掺量为5%时出现峰值；同时，与RICC-0混凝土相比，RICC混凝土的塑性应变能占总应变能的比例均得到提高。

由RICC混凝土的结构特点可知：粗集料在混凝土弯拉试验中发挥着重要作用。橡胶粉作为弹性材料，能够通过自身变形吸收部分能量，使混凝土的变形能力增强。当橡胶粉的掺量较小时，水泥石结构与橡胶粉及嵌锁密实骨架结构共同承担作用，橡胶粉能够最大限度地发挥作用，因而此时RICC混凝土的荷载和挠度均较大，总应变能也达到峰值；随着橡胶粉掺量的增多，混凝土变形性能受橡胶粉与水泥石之间界面的影响较大，挠度得到一定程度的提高，但RICC混凝土的应变能随着橡胶粉掺量的增加而降低。

试验结果对比分析

灰关联分析

灰关联分析用于表征系统中各个相关因素的联系程度，以阐明各因素之间的内在联系。为此，采用灰关联分析方法，研究RICC混凝土的荷载强度和挠度与总应变能的关联程度。通过分析得出，荷载强度和挠度与总应变能的灰关联系数为0.55、0.57，荷载强度和挠度与弹性应变能的灰关联系数为0.52、0.59，荷载强度和挠度与塑性应变能的灰关联系数为0.52、0.71。由此可知：应变能与荷载强度和挠度均有较好的相关性，其中挠度与应变能关联程度最高，可通过应变能反映RICC混凝土弯曲变形性能。

与已有研究结果对比

将所得试验结果与关于橡胶粉混凝土的相关试验结果分别从应力、应变和应变能3方面进行对比。对比数据来源于参考文献。

试验结果，可得二者试验结果的变化规律相同，应力结果具有良好的相似性，但相应的弯拉应变和应变能区别较大，原因可能在于二者所采用的试验方法不同：该文所采用的是通过跨中截面加载点处的挠度间接计算弯拉应变，而参考文献中采用的方法是在跨中截面粘贴应变片直接测量弯拉应变。相比精度而言后者的精度更高，前者的测试方法受随机误差影响较大，而后者属于连续测量，能够准确记录荷载与挠度的变化关系，相对于计算应变能而言计算精度更高。但二者的应力－应变曲线存在一定的差异，文献中的应力随应变的变化关系在加载初始阶段的应力随应变的增长较快，近似于弹性加载阶段，而RICC混凝土的加载初始阶段应力随应变的变化相对较缓；另一方面，当加载到破坏阶段后文献中的应变仍在增长，而RICC混凝土达到破坏阶段后，应力应变变化较迅速。分析原因，可能是RICC混凝土与文献中的橡胶混凝土结构存在一定的差异，RICC混凝土在荷载初始阶段由橡胶粉弹性变形作用承受，故前期应力变化较慢，而继续加载后，荷载超过橡胶粉与水泥石的界面粘结作用，RICC混凝土的嵌锁密实骨架结构承担荷载；随着橡胶粉掺量的增加，橡胶粉与水泥及集料之间的接触点增多，即薄弱点增多，承受荷载的能力下降，与参考文献中的分析略有差异。

结论

(1)RICC混凝土荷载强度均随橡胶粉掺量的增加而下降；而加载点处挠度随着橡胶粉掺量的增加呈现不同的变化趋势，挠度在橡胶粉掺量为20%时达到最大，相比RICC-0提高了16.1%。

(2)RICC混凝土的总应变能在橡胶粉掺量为5%时最大，比RICC-0提高22.5%；总应变能和弹性应变能在橡胶粉掺量分别为5%和20%时出现峰值，塑性应变能在橡胶粉掺量为5%时出现峰值。

(3)采用灰关联分析方法，分析得出RICC混凝土的应变能均与荷载和挠度具有良好的相关性，且以塑性应变能和挠度的关联度最高。

(4)通过与文献的研究成果对比，应力具有良好的一致性，应变略偏大、应变能偏小，但三者具有一致的变化趋势；而在应力－应变曲线上略有差异。