高温后玄武岩纤维增强混凝土的冲击变形特性.pdf

第 1 7卷第 5期 2 O 1 4年 1 O月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI AL S Vo1 1 7， NO 5 Oc t 2 O 1 4 文章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 7 6 8 0 6 古 日 同皿 后玄武岩 纤维增强混凝土的冲击变形特性 任 韦波 ， 许金余 ， 张 宗刚。 ， 祝 捷 ( 1 空军 工程大 学 机场建 筑工 程 系 ，陕西 西安 7 1 0 0 3 8 ； 2 西北工 业大 学 力 学 与土木 建筑学 院 ， 陕 西 西 安 7 1 0 0 7 2 ； 3 9 3 1 9 9部 队 机 场 营房处 ， 黑 龙江 哈尔 滨 1 5 0 0 0 1 ) 摘要 ： 采用 1 0 0分 离式霍普金 森压杆 系统， 研 究 了不 同温度 作 用后 玄武岩 纤 维增强 混凝 土 ( B F R C ) 的冲击变形特性 结果表明： 随着温度及加载速率的升 高， B F R C的变形破碎程度增大， 应 力一 应 变曲线表 现 出塑性特 征 ； 同一 温度 下 ， B F R C 的峰值 应 变和 均值 应 变 随平 均应 变率 的增 大 而 增 大， 具有 明显 的应 变率相 关性 ； 同一加 载速 率下 ， 随着 温度 的升 高 ， B F RC的峰 值 应 变和 均值 应 变 呈上 升趋 势 ， 峰值 应 变的应 变率敏 感性 逐 渐增 强 ， 但在 2 0 0 时 ， B F R C在 较 低加 载 速 率作 用 下 的 均值应变较常温有所减小； 掺入玄武岩纤维可以有效提升 高温后 B F RC的冲击变形能力， 且纤维 掺 量 ( 体 积 分数) 为 0 3 时 ， B F R C的 变形优 势最 大 ， 但 当温度 与加载 速率 较低 时 ， B F R C的均值 应 变较 素混凝 土 小 关键词 ：玄武岩纤维增强混凝土 ；高温；分离式霍普金森压杆 ；冲击变形；应变率效应 中图分 类号 ： T U5 2 8 0 1 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 l 4 0 5 0 0 4 I m p a c t De f o r ma t i o n Pr o p e r t i e s o f Ba s a l t Fi b e r Re i n f o r c e d Co n c r e t e a f t e r Ex p o s u r e t o El e v a t e d Te mpe r a t u r e s REN We i b o ， XU J i n y u ， ZHANG Z o n gg a n g。 ，ZHU J i e ( 1 De p a r t me nt o f Ai r f i e l d a nd Bu i l d i ng Eng i ne e r i ng，Ai r For c e Eng i n e e r i n g Un i v e r s i t y，Xi a n 71 0 03 8，Ch i n a： 2 Co l l e ge of M e c ha n i c s a n d Ci vi l Ar c hi t e c t u r e，No r t h we s t Pol yt e c hni c Uni ve r s i t y，Xi a n 7 1 00 72，Chi na； 3 Ai r p or t a nd Ba r r a c ks Offi c e，Uni t 93 19 9 of PLA ，Ha r bi n 1 5 00 01，Chi na ) Ab s t r a c t ：Th e d e f o r ma t i o n p r o p e r t i e s o f b a s a l t f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( B FRC)a f t e r e x p o s u r e t o d i f f e r e n t t e mp e r a t u r e s a n d s u b j e c t t o i mp a c t l o a d i n g we r e i n v e s t i g a t e d b y u s i n g a 1 0 0 mm d i a me t e r s p l i t Ho p k i n s o n pr e s s ur e ba r ( SHPB) a p pa r a t us The e xp e r i me nt a l r e s u l t s i nd i c a t e t ha t wi t h t he r i s e o f t e mpe r a t ur e a nd i mpa c t v e l o c i t y，t h e c r u s h i ng de gr e e o f BFRC be c o m e s g r e a t e r a nd s t r e s s s t r a i n c u r ve s e x hi b i t p l a s t i c i t y f e a t u r e s U n de r t he s a m e t e mpe r a t u r e ，t he p e a k s t r a i n a n d a v e r a ge s t r a i n i n c r e a s e wi t h i nc r e a s e o f a v e r a ge s t r a i n r a t e wi t h ob v i ou s s t r a i n r a t e de p e n de nc yU n de r a f i x e d i mpa c t v e l o c i t y，a n i n c r e a s e i n t e mpe r a t ur e r e s u l t s i n a l a r ge r pe a k s t r a i n a nd a v e r a g e s t r a i n a nd e nh a nc e s t he s t r a i n r a t e s e ns i t i v i t y o f p e a k s t r a i n，bu t a f t e r e x p o s u r e t o 2 0 0 。t h e a v e r a g e s t r a i n o f BF RC u n d e r a l o we r i mp a c t v e l o c i t y i s l o we r t h a n t h a t a t r oo m t e mpe r a t ur e The a d di t i o n o f ba s a l t f i be r c a n e f f i c i e nt l y i mpr o v e t he de f o r m a t i o n p e r f o r ma nc e O f BFRC a f t e r e x po s u r e t o e l e v a t e d t e mp e r a t u r e s，a nd t he i mpa c t d e f o r ma t i on c a p a bi l i t y o f BFRC i s t he b e s t wi t h 0 3 b a s a l t f i b e r ( v o l u me f r a c t i o n )，b u t u n d e r l o we r t e mp e r a t u r e a n d i mp a c t v e l o c i t y t h e a v e r a g e s t r a i n o f BFRC i s l o we r t h a n t ha t of p l a i n c on c r e t e Ke y wo r d s ：b a s a l t f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( BF RC) ；e l e v a t e d t e mp e r a t u r e ；s p l i t Ho p k i n s o n p r e s s u r e b a r ； 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 6 0 9 ；修订 日期 ： 2 0 1 3 - 0 8 2 3 基金项 目： 国家 自然科学基金 资助项 目( 5 1 0 7 8 3 5 0 ； 5 1 2 0 8 5 0 7 ) 第一作者： 任韦波 ( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 甘肃 兰州人 ， 空军工程大学博士生 E ma i l ： r e n w e i b o f h g c 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 任韦波 ， 等 ： 高 温后 玄武岩纤维增强混凝土 的冲击变形特性 7 7 3 维掺量 的增大 ， B F R C 3的均值应变较 B F R C 2不增 反 降 3 结论 ( 1 ) 随着温度及加载速率的升高 ， 高温后 B F R c 的冲击破碎程度增大 ， 试件应力一 应变曲线向右偏移 ， 并在峰值点附近出现一段较为平缓的塑性“ 平台区” ( 2 ) 在同一温度下， B F RC的峰值应变 和均值应 变 均随着 平 均应 变 率 的增 大 而 增 大 ， 表 现 出 明显 的 应 变率相 关 性 ( 3 ) 在 同一 加 载 速率 下 ， 随着 温 度 的升 高 ， B F R C 的峰值应变和均值应变呈上升趋势， 且峰值应变的应 变率敏感性逐渐增强， 但在 2 0 0时， 试件在较低加 载速率作用下的均值应变较常温有所减小 ( 4 ) 掺 人 玄武岩 纤 维 总 体 上 可 有 效 提 升 高温 后 B F R C的冲击变形 能力 ， 增大其峰值应变和均值应 变 在 本 文 的 试 验 条 件 和 参 数 下 ， 当 纤 维 掺 量 为 0 3 时， B F RC的变形优 势最大 ， 但在 温度与加载 速率较低时， B F RC的均值应变较 同一工况下的 P C 有 所下 降 ( 5 ) 高温后 B F RC的冲击变形特性是加载速率 的强化效应 、 温度损伤的软化效应 以及纤维 的增韧 阻裂效应等相互作用 的综合表现 ， 其具体变化机理 还有 待进 一 步 的细观 、 微 观试 验研 究 参 考文献 ： 1 2 3 4 5 S1 M J， PARK C， MOON D YCh a r a c t e r i s t i c s o f b a s a l t f i b e r a s a s t r e n g t h e n i n g ma t e r i a l f o r c o n c r e t e s t r u c t u r e s E J C o rn p o s i t e s B， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 6 7 ) ： 5 0 4 5 1 2 DI AS D P，TH AUM ATURGO CFr a c t u r e t o u g h ne s s o f g e o p o l y me r i c c o n c r e t e s r e i n f o r c e d wi t h b a s a l t f i b e r s J C e m e n t a n d Co n c r e t e Co mp o s i t e s ， 2 O 05 ， 27 ( 1 ) ： 49 - 5 4 LI W M ， XU J Y I mp a c t c ha r a c t e r i z a t i o n o f b a s a l t f i b e r r e i n f o r c e d g e o p o l y me r i c c o n c r e t e u s i n g a 1 00 mm- -d i a me t e r s p l i t Ho p k i n s o n p r e s s u r e b a r J Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A， 2 0 0 9 ， 5 1 3 5 1 4 ： 1 4 5 1 5 3 李为民 ， 许金余 玄武岩纤维对混凝 土的增强和增韧效应 L J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 4 ) ： 4 7 6 4 7 9 LI W e i mi n， XU J i ny u S t r e n g t h e ni n g a n d t o ug h e n i n g i n b a s a l t fi b e r - r e i n f o r c e d c o n c r e t e J J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c So c i e t y ， 2 0 0 8， 3 6( 4) ： 4 76 - 4 7 9 ( i n Ch i ne s e ) 赵庆新 ， 董进秋 ， 潘慧敏 ， 等 玄武岩纤维增韧混凝 土冲击性能 J 复合材料学报 。 2 0 1 0 ， 2 7 ( 6 ) ： 1 2 0 1 2 4 Z HA0 Qi ng x i n， D0NG J i n q i u，PAN Hu i mi n。 e t a 1 I mp a c t b e h a v i o r o f b a s a l t f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J Ac t a Ma t e r i a e Co m p o s i t a e S i n i c a， 2 0 1 0， 2 7 ( 6 )： 1 2 O 一 1 2 4 ( i n Ch i n e s e ) 6 李为民 ， 许金余 ， 沈刘军， 等 玄武岩纤维混凝土的动态力学性 能E J 复合材料学报 ， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 2 ) ： 1 3 5 一 I 4 2 L I W e i mi n ， X U J i n y u ， S HE N L i u j u n ， e t a 1 D y n a mi c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f b a s a l t f ibe r r e i n f o r c e d c o n c r e t e u s i n g a s p l i t Ho p k i n s o n p r e s s u r e b a r J Ac t a Ma t e r i a e C o mp o s i t a e S i n i c a， 2 0 0 8， 2 5 ( 2 )： l 3 5 - 1 4 2 ( i n Ch i ne s e ) 7 许金余 ， 李为民， 王亚平 ， 等 玄武岩纤维对不同胶凝材料混凝 土的强韧化 效 应 J 解 放 军理 工 大 学 学 报 ： 自然 科 学 版 ， 2 O1 1， 1 2 ( 3) ： 2 4 5 2 5 0 XU J i ny u ， LI We i mi n， WANG Ya p i n g， e t a 1 Ef f e c t o f s h o r t b a s a l t f i be r o n e n h a n c e me n t o f s t r e n g t h a n d d u c t i l i t y f o r c o n c r e t e s w i t h d i f f e r e n t b i n d e r ma t e r i a l s J J o u r n a l o f P L A Un i v e r s i t y o f Sc i e n c e a nd Te c hn o l o g y： Na t u r a l S c i e nc e ， 2 O 1 1， 1 2 ( 3 )： 2 4 5 - 2 5 O ( i n Ch i n e s e ) 8 许金余 ， 刘健 ， 李志武 ， 等 高温中与高温后混凝 土的冲击力学 特性 J 建筑材料学报 ， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 1 - 5 XU J i ny u ， LI U J i a n， LI Z hi wu， e t a 1 I mp a c t me c ha n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a t a n d a f t e r e xp o s u r e t o h i g h t e m p e r a t u r e J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 卜5 ( i n C h i n e s e ) 9L 】z W ， XU J Y， B AI E L S t a t i c a n d d y n a mi c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a f t e r h i g h t e mp e r a t u r e e x p o s u r e J M a t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g A ， 2 01 2， 5 4 4： 2 7 3 2 1 O 1 贾福萍 ， 王永春 ， 渠艳艳， 等 冷却方式和静置时间对高温后混 凝土残余强度影响 J 建筑材料学 报， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 3 ) ： 4 0 0 4 0 4 J I A Fu p i n g， WANG Yo n g e h u n， QU Ya n y a n ， e t a 1 I n f l u e n c e s o f v a r i o u s c o o l in g me t h o d s a n d s t a n d i n g t i me o n r e s i d u a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e a f t e r e le v a t e d t e mp e r a t u r e e x p o s u r e J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 1， 1 4 ( 3 ) ： 4 0 0 4 0 4 ( i n Ch ine s e ) 1 1 吕天启 ， 赵 国藩 ， 林 志伸 ， 等 高温 后静 置混凝 土 的微观分 析 J 建筑材料 学报， 2 0 0 3 ， 6 ( 2 ) ： 1 3 5 1 4 1 L U Ti a n q i ，Z H AO Gu o f a n， LI N Z h i s h e n， e t a 1 M i c r o s c op i c a n a l y s i s o f l o n g s t a n d i n g c o n c r e t e a f t e r h ig h t e mp e r a t u r e J J o u r n a l o f Bu i l ding Ma t e r i a l s ， 2 0 0 3， 6( 2) ： 1 3 5 1 4 1 ( i n Chi n e s e ) 1 2 MEHME T B KE f f e c t o f c o o l i n g r e g i me s o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o nc r e t e wi t h l i g h t we i g h t a g g r e g a t e e x p o s e d t o h i g h t e mp e r a t u r e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 O 1 3， 4 1： 2 1 - 25 I 3 3 范飞林 ， 许金余 ， 李志武， 等 高温下混凝土 动态力学特性试验 J 材料热处理学报 ， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 3 ) ： 2 2 2 6 FAN F e i l i n， XU J i n yu ，LI Zh i wu， e t a 1 Ex p e r i me n t f o r d y n a mi c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o nc r e t e a t h i g h t e mp e r a t u r e s J T r a n s a c t i o n s o f Ma t e r i a l s a n d He a t T r e a t me n t ， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 3 )： 2 2 - 2 6 ( i n Ch i ne s e ) 1 4 王立闻 ， 庞 宝君， 林敏 ， 等 活性粉末混凝土高温后冲击力学性 能研究 J 振动与冲击 ， 2 0 1 2 ， 3 1 ( 1 6 ) ： 2 7 3 1 W ANG L i we n， P ANG B a o j u n 。 L I N Mi n ， e t a I I mp a c t me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e a f t e r e x p o s u r e i n h i g h t e mp e r a t u r e J J o u r n a l o f Vi b r a t i o n a n d S h o c k ， 2 O1 2， 31 ( 1 6 )： 2 7 3 1 ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m