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材料动态抗压力学特性
发布时间:2022年06月05日

要在 SHPB 装置上对混凝土进行动态力学性能研究,笔者注意到:混凝土材料是具有不同细观结构的多相材料。一般地说,只有当试件尺寸比材料细观结构(如骨料)的特征尺寸大很多时,才能按宏观均匀材料处理。为此决定选用 8 mm 连续级配骨料的 C40 和 C100 两种混凝土作为试件,同时还在混凝土中加入钢纤维,研究了不同体积含量(0 % ~ 3 %)和不同长度(15 mm 和 20 mm)的钢纤维对两种混凝土力学性能的影响。冲击压缩试验采用圆柱体试样,为70 mm、高度 35 mm 和 100 mm、高度 50 mm 两类。分别在 100 mm 的直杆以及 74 mm 的直锥变截面型分离式 Hopkinson 压杆装置上进行试验。两种混凝土及钢纤维体积掺量见表 1 。提出标准养护后的混凝土试样在专用的岩石磨床上磨至端面平行度 2 丝的精度要求。

表1 两种混凝土标称强度及钢纤维体积掺量

Table1 The meaning of samples named

由于篇幅所限,文章仅给出试验研究和分析结果:

1) 应变率效应十分显著。素混凝土及钢纤维强化混凝土的流动应力和破坏应力均随应变率的增加而显著增加,表现出应变率强化的特点。这种硬化效应远比金属材料显著,后者的强化效应是与应变率的对数相关,而前者的硬化效应是直接与应变率相关。

2) 各种混凝土的破坏应变均随应变率的增加而有所增加。这与通常金属、高聚物等均质材料,随着应变率的增加,表现出由韧转脆破坏、应变减小的趋势不同。

3) 钢纤维对混凝土材料具有显著的增韧效果。试验结果表明,对于 C40 类和 C100 类,掺加钢纤维的混凝土破坏应力较素混凝土提高了近 30 %,而且,在相近应变率下,素混凝土较含钢纤维混凝土的破坏程度严重(中应变率下,素混凝土为破碎成小块,含钢纤维的混凝土边缘破裂;高应变率下,素混凝土为粉碎,含钢纤维的混凝土仍能保留芯部)。试验结果还表明,钢纤维含量的改变对破坏应力的影响不大。

4) 长度为 20 mm 的钢纤维比长度为 15 mm 的增高效果稍好,但不明显。

5) 尺寸效应明显。即:随试验用试件尺寸增大,测试得到的抗压强度 σb 减小,这是由于试样尺寸增大,其损伤量也增加。

6) 由于存在混凝土材料均质性较差,破坏应变很小,试件尺寸大所造成的波形弥散和试件内应力不均匀等缺陷,使得试验结果有一定的分散性。