高温后混凝土SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置,对常温和经历200℃、400℃、600℃、800℃高温作用后的混凝土进行冲击压缩试验,得到动态压缩应力-应变曲线,分析弹速、温度对平均应变率的影响以及温度、平均应变率对动态抗压强度的影响.结果表明:弹速与平均应变率之间、平均应变率与动态抗压强度之间都近似呈线性关系.温度对混凝土动态性能影响显著,在相同弹速下与常温情况相比,200℃时平均应变率有所提高、动态抗压强度有所降低,400℃时与常温接近,400℃以后平均应变率随着温度增加而提高,而动态抗压强度随着温度的增加而急剧下降,至800℃不足常温试件的30％.高温将降低混凝土的应变率敏感性,其中以400℃降低最为明显.     

温度、应变率对地质聚合物混凝土抗压强度的影响

采用自主研制的高温SHPB试验系统,对高温条件下地质聚合物混凝土的动态抗压强度进行了试验研究。结果表明:200℃时地质聚合物混凝土的动态抗压强度较常温时有所增长,800℃时强度则急剧下降;应变率随弹速近似线性增长;同一弹速水平下,200~600℃时的应变率与常温接近,800℃时较常温提高明显;高温条件下,由侧向约束引起的附加应力可以忽略不计,试验所测得的动态强度增长因子(DIF)的应变率增强效应反应了材料的本质属性;在30~130 s-1应变率范围内,高温下地质聚合物混凝土的DIF与应变率的对数呈线性关系,且温度越高,应变率效应越明显。     

高温条件下钢纤维混凝土动态抗压性能试验研究

应用分离式霍普金森压杆和电阻式高温加热炉对不同纤维掺量(1%,2%)的钢纤维混凝土试件进行了不同温度条件下(20℃,200℃,400℃,600℃,800℃)的动态压缩试验,获得了不同温度条件下该种材料的动态应力-应变曲线,得到了相应的动态抗压强度和峰值应变。试验结果表明,钢纤维混凝土具有明显的应变率强化效应和温度损伤效应。在各试验温度下,钢纤维混凝土的动态抗压强度随着应变率的增大而提高;同一加载速率下,钢纤维混凝土的动态抗压强度随着试验温度的升高大幅度降低;相比于普通混凝土,钢纤维混凝土的抗冲击性能显著提高。     

高温后高强混凝土受压动态损伤

对45个高强混凝土（HSC）棱柱体进行高温加热,温度分别为20℃、200℃、400℃、600℃和800℃。然后对棱柱体进行高温后轴向动态受压试验,应变率分别为10-5 s-1、10-3 s-1和0.067 s-1。结果表明:随着经历温度的升高,HSC将会出现裂缝,细观结构变得松散;高温对HSC造成的损伤随温度的升高而增大,而应变率对高温后HSC的损伤没有明显影响;经历相同的高温损伤后,HSC的相对受压强度随应变率的增大而增大;轴向应变对高温后HSC造成的损伤在峰值应变前缓慢增大,达到峰值应变后迅速增大;温度越高,峰值应变对应的HSC损伤越小,而经历相同温度后不同应变率下峰值应变处HSC损伤的变化趋势并不明显。基于试验及理论分析,建立了HSC高温损伤以及高温损伤后相对受压强度的计算公式。     

高温后碳纤维布约束混凝土轴压力学性能试验

通过对20个经历四种不同高温后的素混凝土和无机胶粘贴碳纤维布加固混凝土圆柱体的轴压力学性能试验,研究了无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土在经历不同高温后抗压强度、极限压应变和应力-应变关系的变化,得出所经历高温过程对其轴压力学性能的影响。结果表明:无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土经历高温后的破坏形态与常温下基本相似;其抗压强度在经历100℃高温后,下降仅5%左右,在经历200℃、300℃和400℃高温后,约为常温试件的85%~90%;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的极限压应变在100℃高温后略有减小,在200℃~400℃高温后则比常温下增大20%左右;碳纤维约束对核心混凝土抗压强度的提高作用,会随试件所经历温度的升高而逐渐增大;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的应力-应变曲线在经历高温后会明显趋于扁平,并且多了一个呈上凹状的压密阶段。     

冲击荷载作用下早强EPS混凝土的力学性能

采用&;#61542;100mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置,对养护龄期分别为12h、24h和36h的早强聚苯乙烯混凝土（EPS）进行了冲击压缩试验,得到了相应的应力-应变曲线,并与养护龄期为28d的聚苯乙烯混凝土（EPS）的应力-应变曲线进行比较。结果表明：养护龄期为36h、28d的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度也相应增加;养护龄期为12h、24h的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度变化不明显。另外,还研究了试件动态抗压强度与平均应变率的关系和养护龄期对动态抗压强度的影响,证明了EPS混凝土的抗冲击性能随养护龄期的增长而增加。     

高温作用对花岗岩动态压缩力学性能的影响研究

采用高温装置对传统的大直径Φ 100 mm SHPB试验设备进行改造,利用该试验系统对采自陕西秦岭山区的花岗岩进行不同高温与冲击荷载共同作用下的动态压缩试验,考察了高温下花岗岩的峰值应力、峰值应变、弹性模量的变化规律。试验结果表明：在25℃～600℃时,高温作用对花岗岩峰值应力的影响不大;800℃～1000℃时,花岗岩峰值应力受高温影响明显,迅速下降;600℃～800℃有可能存在花岗岩内部结构突变的临界温度;随着温度的升高,峰值应变呈现逐渐增加的趋势,而弹性模量离散性较大,大体上呈现逐渐减小的趋势;从总体规律上来说,高温下花岗岩的峰值应力、峰值应变仍然表现出显著的应变率硬化效应。     

不同温度环境中沥青混凝土动态抗压性能试验研究

为研究沥青混凝土在不同温度环境中的动态力学特性,该研究在-20~30℃和10-5~10-2 s-1条件下对其进行了动态抗压试验研究。试验结果表明:温度和应变速率对沥青混凝土的力学性能有显著影响,降低温度或增加应变速率导致抗压强度和弹性模量增加,峰值应变减小;当温度大于20℃或小于-10℃时,应变速率由10-5 s-1增加到10-2 s-1,温度对抗压强度和弹性模量的影响逐渐减小,该研究提出的温度影响因子经验公式较好地反映了抗压强度和弹性模量随温度变化的规律。在-20~0℃温度区间,抗压强度和弹性模量的动态增强因子随应变速率呈线性增长;在0~30℃温度区间,抗压强度和弹性模量的动态增强因子随应变速率呈非线性增长。在此基础之上,基于时温等效原理,建立了沥青混凝土抗压强度和弹性模量的计算模型。该模型考虑了温度和应变速率对沥青混凝土的共同作用,与试验结果吻合较好。     

微锈蚀钢筋混凝土高温后粘结锚固性能试验研究

为研究高温对锈蚀钢筋混凝土结构粘结锚固性能的影响,对锈蚀试件(锈蚀率为1.08%)与非锈蚀试件先进行高温试验(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃),再进行中心拔出试验。试验结果表明:随温度的升高,锈蚀试件与非锈蚀试件粘结强度均呈下降趋势,与非锈蚀试件相比,锈蚀试件在温度不超过400℃时,其粘结强度下降趋势较为平缓。分析了高温作用后混凝土抗压强度、钢筋极限强度、钢筋与混凝土间粘结强度三者之间的关系,并建立了考虑不同温度、不同锈蚀率等因素影响下钢筋与混凝土的粘结-滑移关系式。     

碳酸钙晶须增强水泥基复合材料压缩性能随温度的变化规律

碳酸钙晶须可以有效改善水泥基复合材料在常温下的压缩性能,但是高温作用后碳酸钙晶须对材料压缩性能的影响尚不清楚。研究了不同体积掺量(0%、0.5%、1%、2%)的碳酸钙晶须增强水泥基复合材料分别在常温以及200,400,600和800℃高温作用后的压缩性能。试验结果表明,常温下随着晶须掺量的提高,试件的抗压强度和压缩韧性呈先上升后下降的趋势,其中掺入1%碳酸钙晶须的材料压缩性能最好。200℃条件下材料的抗压强度和压缩韧性较常温均有明显提高,而当目标温度超过200℃后,高温对材料的压缩性能劣化作用明显,其抗压强度和压缩韧性持续衰减,800℃作用后各组的压缩性能已没有明显差距,但在每个目标温度作用下,碳酸钙晶须均可以提高高温作用后的抗压强度值和压缩韧性值,说明碳酸钙晶须的掺入对提高材料在高温作用后的压缩性能有积极作用。     

Experimental study on the dynamic compressive mechanical properties of concrete at elevated temperature

Strain rate effect and temperature effect are two important factors affecting the mechanical behavior of concrete. Each of them has been studied for several years. However, the two factors usually work together in the engineering practice. It is necessary to understand the mechanical responses of concrete under high strain rate and elevated temperature. A self-designed high temperature SHPB apparatus was used to study the dynamic compressive mechanical properties of concrete at elevated temperature. The results show that the dynamic compressive strength and specific energy absorption of concrete increase with strain rate at all temperatures. The elastic modulus decreases obviously with strain rate at room temperature and stabilizes at a level with slightly decrease at elevated temperature. The dynamic compressive strength of concrete at 400 °C increases by nearly 14% compared to the room temperature. However, it decreases at 200 °C, 600 °C and 800 °C with the decrease ratio of 20%, 16% and 48%, respectively. The dynamic elastic modulus decreases largely subjected to elevated temperature. The specific energy absorption at 200 °C, 400 °C and 600 °C is higher than room temperature and decreases to be lower than room temperature at 800 °C. Formulas are established under the consideration of mutual effect of strain rate and temperature.     

不同强度混凝土高温下动态劈拉性能研究

采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)装置和加温装置,在不同温度(20 ℃、200 ℃和400 ℃)下对3种不同强度(C20、C45和C70)混凝土材料开展不同应力率的动态劈裂拉伸实验,得到了温度和应力率耦合作用下混凝土材料的动态劈裂强度及相应的破坏形态。实验结果表明,混凝土材料的动态劈裂强度随应力率的增加而增加,且应力率相近时,其动态劈裂强度随温度的增加而明显降低。在此基础上给出了描述混凝土材料在不同温度下的动态劈裂强度与应力率关系的表达式,并确定了相关材料参数。通过对不同应力率和温度耦合作用下混凝土材料的动态劈裂强度进行横向对比,发现混凝土材料动态劈裂强度的温度敏感性随应力率的增加逐渐减小,并且随着混凝土材料强度的增加其温度敏感性也逐渐变小,但是其动态劈裂强度的应力率敏感性却随着温度的升高逐渐增大。     

玄武岩纤维布增强树脂基复合材料约束高温损伤混凝土轴压力学性能

对36个玄武岩纤维布增强树脂基复合材料（BFRP）约束加固的高温损伤混凝土圆柱体和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,BFRP侧向约束能显著改变混凝土圆柱体的破坏形态,提高混凝土圆柱体的轴压强度和变形能力。其中二层BFRP包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土圆柱体的轴压强度分别提高了56%、82%、234%和250%,轴向变形分别提高了328%、198%、232%和136%。采用典型的纤维增强复合材料约束常温未损伤混凝土轴压强度和变形计算模型预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土轴压极限强度和极限变形时存在较大的偏差。基于本文试验数据,确定了BFRP约束高温损伤混凝土极限应力和极限应变计算模型中与温度相关的参量,建议了适用于预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土的极限应力计算模型和极限应变计算模型。     

高温后高延性混凝土的抗压性能及微观结构

为研究高温后高延性混凝土(HDC)的抗压性能,考虑温度、冷却及养护方式、静置时间三个因素设计了49组立方体试件,并测试其抗压强度。通过5组棱柱体试件的超声回弹试验,探讨HDC抗压强度、经历最高温度与超声波速和回弹值的相互关系。结果表明:温度对抗压强度影响较大,随着温度升高,抗压强度降低;温度低于200℃时,冷却方式的影响不可忽略;温度为400℃时,静置时间对自然冷却试件也有较大影响。超声回弹试验表明, HDC抗压强度与超声波速和回弹值有良好的相关性;通过回归分析,建立了高温后HDC测强曲线及推定其经历最高温度的公式。借助XRD、 SEM和热重-差热分析(TG-DSC)等试验,揭示了高温对HDC力学性能影响的微观机制。     

聚丙烯-钢纤维增强高强混凝土高温性能

通过对聚丙烯-钢纤维增强高强混凝土(混杂纤维/高强混凝土)试块的高温试验, 研究不同目标温度后混凝土表观特征、高温爆裂、质量损失及力学性能。结果表明: 高强混凝土在600 ℃时发生爆裂, 混杂纤维/高强混凝土直至800 ℃未出现爆裂, 混杂纤维有效抑制了高强混凝土的高温爆裂。混杂纤维/高强混凝土的质量损失随所受温度的升高而增大, 其抗压强度、抗折强度随温度的升高而降低, 并且400 ℃以后显著降低。相同温度下, 混杂纤维的加入提高了高强混凝土高温后强度。通过对试验结果的统计分析, 分别建立了混杂纤维混凝土质量损失、抗压强度和抗折强度随温度变化的关系式。     

Effect of strain rate on the dynamic compressive mechanical behaviors of rock material subjected to high temperatures

Strain rate is not only an important measure to characterize the deformation property, but also an important parameter to analyze the dynamic mechanical properties of rock materials. In this paper, by using the SHPB test system improved with high temperature device, the dynamic compressive tests of sandstone at seven temperatures in the range of room temperature to 1000 °C and five impact velocities in the range of 11.0–15.0 m/s were conducted. Investigations were carried out on the influences of strain rate on dynamic compressive mechanical behaviors of sandstone. The results of the study indicate that the enhancement effects of strain rates on dynamic compressive strength, peak strain, energy absorption ratio of sandstone under high temperatures still exist. However, the increase ratios of dynamic compressive strength, peak strain, and energy absorption ratio of rock under high temperature compared to room temperature have no obvious strain rate effects. The temperatures at which the strain rates affect dynamic compressive strength and peak strain most, are 800, and 1000 °C, respectively. The temperatures at which the strain rates affect dynamic compressive strength and peak strain weakest, are 1000 °C, and room temperature, respectively. At 200 and 800 °C, the strain rate effect on energy absorption ratio are most significant, while at 1000 °C, it is weakest. There are no obvious strain rate effects on elastic modulus and increase ratio of elastic modulus under high temperatures. According to test results, the relationship formula of strain rate with high temperature and impact load was derived by internalizing fitting parameters. Compared with the strain rate effect at room temperature condition, essential differences have occurred in the strain rate effect of rock material under the influence of high temperature.