钢纤维活性粉末混凝土高温后动力学特性研究.pdf

第 1 3卷第 5 期 2 0 1 0年 1 O月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI LDI NG MATERI AL S Vo 1 1 3，No 5 0c t ， 2 O 1 0 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 6 2 0 0 6 钢纤维活性粉末 混凝土 - 一 = 了 同 日 皿 后动力学特性研 究 王立 闻， 庞 宝君 ， 杨震琦 ， 迟润强 ( 哈尔滨工业大学 空间碎片高速撞击研究中心，黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 8 0 ) 摘 要 ： 利 用霍 普 金 森 压 杆 系统 ( s p l i t Ho p k i n s o n p r e s s u r e b a r ， S HP B ) ， 采 用 铅 片作 为 整 形 器， 分 别对 未经 高温 处理 及 经 6 0 0 ， 8 0 0 高 温作 用后 的素 活 性粉 末混 凝 土 ( n o r ma l r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ， NRPC) 和 钢 纤 维 增 强 活 性 粉 末 混 凝 土 ( s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ， S F R P C) 进行 冲击压 缩 试 验 ， 以研 究 高温 后 NR P C 和 S F R P C 的 动 态 力 学性 能及 钢 纤 维 掺 量 对 S F R P C抗 中击性能 的影响 结果表 明 ， 经 高温作 用后 ， NR P C和 S F R P C在应 变率 ( 7 5 8 5 s ) 下 的动 态抗压 强度均 明显 降低 ， 6 0 0 ， 8 0 0作 用后 动 态抗 压 强度损 失率 分别 约 为 2 5 ， 6 5 ， 但峰 值 应 变均提 高高 温 作 用 后 ， S F RPC 的 抗 冲 击 能 力 明 显 优 于 NRP C， 6 0 0 及 8 0 0 时 S FRP C ( 1 0 F 00 ) 动 态抗 压 强度 同 N RP C相 比分 别提 高 了 2 8 1 和 3 5 1 ， 峰 值韧度 则分 别提 高 了 8 3 4 和 7 4 9 破 坏程 度上 S F R P C也 明显轻 于 NR P C， 试 样呈现 裂 而不散 的 形 态 最后 ， 分析 了高温后 钢 纤维对活性 粉末 混凝土 的增强增韧 作 用机 理 关键词 ：活性粉末 混凝 土( RP C ) ；霍普金 森压杆 系统 ( S HP B ) ； 钢 纤 维 ；高温 ；动态 力学性 能 中图分 类号 ： TU5 2 8 5 7 2 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 1 0 0 5 0 1 1 Dy n a mi c Be h a v i o r f o r S t e e l Fi b e r Re i nf o r c e d Re a c t i v e Po wd e r Co n c r e t e a f t e r Ex p o s u r e i n Hi g h Te m p e r a t u r e WANG Li we n。 PANG Ba o - j “ ”， Y ANG Zh e n q i 。 CHI Ru n q i a n g (Hy pe r v e l oc i t y I mp a c t Re s e a r c h Ce n t e r， Ha r bi n I ns t i t ut e of Te c hn o l o g y，Ha r b i n 15 0 08 0，Ch i na ) Ab s t r a c t ：Dy n a mi c be ha v i or s o f no r ma l r e a c t i v e p owde r c o n c r e t e( NRPC)a nd s t e e l f i be r r e i n f o r c e d r e a c t i v e p owd e r c o nc r e t e( SFRPC)wi t h a nd wi t h ou t e xp os u r e i n 6 0 0 8 0 0we r e i n ve s t i g a t e d by s pl i t H o pk i ns o n p r e s s u r e b a r ( SHPB)s y s t e m wi t h pu l s e s h a pi ng t e c h no l o gy The d yn a mi c be ha v i or s o f d i f f e r e nt m a t e r i a l s a n d t he e f f e c t o f s t e e l f i be r o n SFRPC ma t r i x we r e a l s o s t ud i e d The r e s u l t s ho ws t ha t a f t e r e x p os ur e i n h i gh t e mp e r a t u r e， d yn a mi c c o mpr e s s i v e s t r e ng t h d e c r e a s e s r a p i dl y f o r bo t h NRPC a n d SFRPC u nd e r mi d s t r a i n r a t e ( 7 5 85 s )， t he d yn a mi c s t r e n gt h i s l o we r e d b y a bo u t 2 5 wi t h e x p os u r e i n 6 0 0 ， a nd a b ou t 6 5 wi t h e x po s ur e i n 8 0 0 ， bu t p e a k s t r a i n i n c r e a s e s i n b o t h s i t u a t i o ns The i mpa c t r e s i s t a n c e f o r SFRPC wa s s u p e r i o r ov e r NRPC a f t e r e x p os u r e ， t he d yn a mi c c omp r e s s i ve s t r e n gt h i n c r e a s e s by ab o ut 2 8 1 a n d 3 5 1 a f t e r e x p os ur e i n 6 0 0 a nd 8 00r e s p e c t i ve l y，f o r S FRPC( 1 0 ) c o mp a r e d wi t h NRPC， t he pe a k t o u g hne s s i m p r o ve s b y a b ou t 8 3 4 a nd 7 4 9 r e s p e c t i v e l y I t i s f ou n d t ha t t he d a ma g e f or S FRPC i s s i g ni f i c a n t l y l e s s t ha n t ha t f or NRPC， t he r e a r e o nl y s ome c r a c ks bu t t h e s pe c i m e n d o e s n t r u pt u r e Th e me c h a ni s m of s t e e l f i b e r s t r e ng t h e ni ng e f f e c t f o r SFRPC i s di s c us s e d Ke y wo r d s：r e a c t i ve po wd e r c o n c r e t e( RPC)； s pl i t Ho pk i ns o n pr e s s ur e ba r(SHPB)s y s t e m ； s t e e l f i be r； h i g h t e mp e r a t ur e；dy na mi c me c ha n i c a l pr o pe r t i e s 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 7 3 0；修订 日期 ： 2 0 0 9 0 9 1 4 基金项 目： 国家空间碎片专题研究基金项 目( k j s p 0 6 2 1 1 ) 作者简介 ： 王立闻( 1 9 8 3 一 ) ， 男 ， 黑龙江齐齐哈尔人 ， 哈尔滨工业大学博士生 Ema i l ： wa n g l w 8 3 y a h o o c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 王立闻， 等 ： 钢纤维活性粉末混凝土高温后动力学特性研 究 活 性 粉 末 混 凝 土 ( r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e ， R P C ) 是继高强 、 高性 能 混凝 土 后 ， 于 2 0世 纪 9 0年 代 初 由 P i e r r e Ri c h a r d等研 制 成功 的一 种 超高 性 能 混 凝土 J R P C 与普 通 混 凝 土 相 比具 有 高 强度 、 高 耐 久性及体 积稳定性 等优点 ， 因此 ， 在 土木 、 石油 、 核 电 、 市政 、 海 洋工程及 军事设施 中有 着广阔 的应用 前 景 但是上述 结构 在 服役 期 间不 可 避免 地 要 承受 各 种 外部载荷 ， 如火灾 高温 、 冲击 载荷 、 地 震等 的作 用 另外 ， 一些试 验工 况 下混 凝 土材 料 也会 遇 到各 种 高 温 作用后伴 有 冲击载 荷 的情 况 ， 这 就要 求 其具 有 一 定 的高温后 抗 冲击 能力 ， 以保证 结 构在 经 受 高温 作 用 后 的服 役 能力 及 使 用寿 命目前 ， R P C 已成 为 工 程 材料研究 的新热点 2 与普通 混凝土 相 比， 高性 能混 凝 土 的抗 火 性 能 较 低l 3 ， 当遭 遇火灾或 高温作用 时 ， 它 常常会 发生爆 裂 在混凝 土基体 中掺加 钢纤 维 是 改善 其 力学 性 能 的有效途径 之一 ， 尤 其是 对 高温 后 的力 学 性能 改 善 效 果更佳 目前 ， 对混凝 土材 料 高温 后静 态 力学 性 能 的研 究 比较充分 ， 但高 温 后动 态 力学 性 能 的研 究仍 处 于 起 步阶段 2 0 0 1年张彦 春 等 对 钢纤 维混 凝 土进 行 了 1 0 0 ， 3 0 0 ， 5 0 0 ， 7 0 0 ， 9 0 0的高温试验 ， 发 现高温后 钢纤维混凝土 各项静 态力 学性能 均 明显优 于素 混凝 土 李丽娟等 j 对 高强混 凝土 ( 1 0 0 MP a ) 进 行 了高温 试 验 ， 发 现 经 5 0 0 ， 8 0 0高 温 后 高 强混 凝 土 的抗 压 强度 、 抗折 强度和劈 裂拉伸 强度均逐 渐变小 ， 微 观结 构逐渐变 差 2 0 0 4年 ， P o o n等 l 6 研 究 了不 同 种类 纤 维对混凝 土高 温后 力学 性 能 的影 响 ， 指 出在 高性 能 混凝土 中掺加钢纤 维可 以明显提高 混凝土 的剩余 抗 压强度 和弹 性 模 量 一 般 来 讲 ， 混 凝 土 强 度 等 级 越 高 ， 则其 相对剩余抗 压强 度越低 J 钢纤维 的加 人可 在一 定 程 度 上 提 高 混 凝 土 的 高 温 后 剩 余 抗 压 强 度_ 8 ， 与 素 混 凝 土 相 比， 其 剩 余 抗 压 强 度 可 提 高 5 3 0 由于混凝 土结 构不可 避免地要 经受火 灾 ( 高温 ) 及动 载荷的作用 ， 因此 ， 研 究高温后 混凝 土材料 的动 态力 学性能是 必要 的 本 文利 用 霍普 金森 压 杆 系统 S HP B ， 对 高温处理后 的素 活性 粉末 混凝 土 ( NR P C ) 及钢 纤维 增 强 活性 粉 末 混 凝 土 ( S F R P C ) 进 行 冲击 压缩 试验 ， 得 到应变 率 7 5 8 5 S _ 1 下 钢纤 维 掺 量对 活性 粉末混凝 土高温后 剩余 动态力学性 能 的影 响规 律 为活性粉末 混 凝 土研 发及 其 结构 设 计提 供 必要 的依 据 ， 同 时 也 为 灾 后 结 构 评 估 提 供 一 定 的 数 据 支持 1 冲击压缩试验 1 1 试样 制备 水泥 ： 哈尔 滨水 泥 厂生 产 的 P04 2 5硅 酸 盐 水 泥 硅灰 ： 挪威 埃 肯公 司生 产 的 中质硅 灰 ， 比表 面 积为 1 5 1 0 j c m 。 g 石 英粉 ： 哈尔滨 晶华 材料有 限 公 司生产 ， 粒径分 布 为 3 0 m， 其 中 S i O 含量 大 于 9 9 6 ( 质 量 分 数 ) 石 英 砂 ： 哈 尔 滨 品华 材 料 有 限公 司生产 ， 粒 径 分 别 为 1 0 9 2 1 2 ， 2 1 2 3 8 0 m 的两种精 制石英砂 钢纤维 ： 鞍 山昌宏钢纤维 厂生 产 的高强超 细钢纤 维 ， r 一1 2 mm， d f 一0 2 mm， 抗 拉 强度不低 于1 0 0 0 MP a 减 水 剂 ： 山东 莱 芜 生产 的聚 羧 酸高效减 水剂 本次试 验共制 备 了 4种 钢纤 维 掺量 的试 样 ， 分 别 为 NRP C( 无 钢 纤 维 ) S FRP C( 0 5 ) ， S FRP C ( 1 0 ) ， S F R P C( 1 5 ) ， 其 括 号 中数 据 表 示 钢纤 维 掺量 ， 均 为体积分 数 4种试 样 的基准 配合 比均为 ： ( 水泥 ) ： m( 石 英 粉 ) ： m( 1 0 9 2 1 2 m 石英 砂 ) ： ( 2 1 2 3 8 0 u m石英 砂 ) 一1： 0 2 4： 0 3 6： 0 6 0： 0 6 O， 减 水 剂 掺 量 均 为 2 3 ( 质 量 分 数 ) ， 水 胶 比均 为 0 2 2 ( 质量 比) 由于混 凝 土动 态压 缩试 验 数 据离 散 性 较大 ， 故每种试 样 进 行 3次 相 同条 件下 的 冲击 压 缩 试验 。 结 果取平 均值 原料 准备完毕 后 ， 按 配合 比混合 ， 放入水 泥砂 浆 搅 拌机 中 ， 逐渐加水 搅拌 ， 直至均匀 搅拌完 成后 ， 将 拌和物 浇注 于 内径 3 6 5 mm， 长 度 6 0 0 ml T l 的模 具 中 ， 在振 动 台上 振动 5 mi n成型 试 件成 型后移 入养 护室 ， 2 4 h后 拆 模 。 在 6 0 蒸 汽 中 养 护 3 d 根 据 S HP B试 验对试 样 尺 寸 的要 求 ， 使 用切 片 机将 试 件 制成 3 6 5 2 3 mm 的圆柱体 ， 两 端精 磨 ， 以保证 良 好 的平 行度 ， 不平行度 0 0 2 mm 最后将 制备好 的试样放入加热 炉中升温 预定温 度分别为 6 0 0 ， 8 0 0， 升温 方式 如下 ： 试样 在 常温情 况下放进 电炉炉 膛 ， 然 后关 闭炉 门开 始升温 ， 最初 电 炉 以全功率输 出 ， 最高升温速率可达 1 6 mi n ； 随温 度升高 ， 升温速率逐渐降低 ； 快达到预定 温度 ( 比预 定 温度低 1 0 0左右) 时 ， 电炉进行 自动 整定 ， 最低升 温 速率仅为 1 mi ra达到预定温度 时保持 该温度 l h ， 然后打开炉 门 自然 降温 ， 3 h后取 出试样 并静 置于 常 温下 ， 2 4 h后 进行 S HP B试 验 为避 免活性 粉末 混凝 土试样含水率 的不 同对试验结果 造成影响 ， 在对所有 试样进行高温加热之前 ， 均进行烘干处理 1 2 S I t P B试验 冲击压 缩 试验 是在 4 O的 S HP B装 置 上 进 行 的 ， 压杆和子 弹 的材 料 均为 高强 度 合金 钢 ， 入射 杆 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 2 建筑材料学报 第 l 3 卷 透射杆 长度均为 1 8 O 0 mm， 子 弹 长度 3 0 0 mm 图 1 为 S HP B装 置示意 图 图 1 S HP B试 验装 置 示 意 图 Fi g 1 Sk e t c h of SHPB e xp e r i me nt 对于混凝 土类材料的冲击压缩试验 ， 试 样在达 到 峰值应变前 ， 满 足应力 应变 均匀 分 布要求 ， 且保 持 近 似恒应变率加载 ， 是保证试验有效 性及结果 可靠性 的 关键 因此 ， 试 验 中需 要采用 波 形整形 技 术对入 射 波形进行控制 选用铅片做 为整形 器 ， 结果 表明 ， 铅 片 整形器可有效延 长入 射 波的上 升沿 ， 平滑 波形 ， 消 除 应力波 的高频振荡 ， 使试样有足够 长的时 间达到应力 应变均匀 图 2为试验 中使用铅 片整形器获得 的应变 率 8 0 S 时典 型入射 波 、 反 射 波及 透射 波 的波形 图 ， 可 以看到 ， 反射波 有一 明显 的平 台段 ， 占整个 有效 加 载段的 5 O 左右 ， 说 明在试样 的整 个加 载过程 中， 大 部分时间 内实现 了近似恒应变率加载 图 2 典 型 的 S HP B试 验 波 形 Fi g 2 Ty p i c a l SHPB e xp e r i me nt s i g na l 2试 验 结 果及 分 析 2 1 温 度对 N R P C和 S F R P C动态 力学性 能的影 响 2 1 1 动 态抗压 强度 表 1给出 了应 变 率 7 5 8 5 S 时 试样 在未 经 高 温处理及高温作用后 的动态力学性 能测试结果 由表 1 可见 ， 对 于 NR P C， 在经 历高 温作 用后 ， 其 动 态抗 压 强度随着温度的升高降低显著； 6 0 0高温作用后， 其 抗压 强度 由 1 1 0 0 MP a降为 7 7 6 MP a ， 强 度损 失 率达 2 9 ； 而 8 0 0高 温 作 用 后 ， 其 抗 压 强 度 降 为 3 5 9 MP a ， 强度 损失 率达 6 7 同样 ， 温 度对 S F R P C 也有类 似影 响 ， 6 0 0高 温作 用 后 ， S F R P C( 0 5 ) ， S F R P C( 1 0 ) ， S F R P C ( 1 5 ) 这 3种体积分数 的混 凝土强度损失率 分别为 2 2 9 5 ， 2 5 ， 2 1 ； 8 0 0高 温 作用后 ， 其强度 损失 率分 别 为 6 5 ， 6 3 ， 6 8 从 强 度损失率上看 ， S F R P C略小 于 NR P C 图 3 ， 4分别 为 N R P C和 S F R P C ( 1 0 ) 在未经高温处理及 高温作用 后 ， 应 变率 7 5 8 5 S 时 的应力一 应 变 曲线 对 比图 由 图 3 ， 4可 以看 出 ， 与未 经 高 温处 理时 相 比， N R P C和 S F R P C ( 1 O ) 经 6 0 0 ， 8 0 0高温作 用后其 动态抗压 强度均大幅度降低 表 1 应变率 7 5 8 5 s - 1 时试样在未经高温处理及高温作用后的 动 态 力学 性 能 测 试 结果 Ta b l e 1 Dy n a mi c me c h a n i c a l p r o p e r t y t e s t r e s u l t s f o r s p e c i me n wi t h a n d wi t h o u t e x p o s u r e i n h i g h t e mpe r a t u r e u n d e r s t ra i n r a t e o f 7 5 8 5 s 2 1 2韧性 及初始 弹性模 量 随着温 度 的 升 高 ， NR P C 和 S F R P C 的峰 值 应 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 王立闻 ， 等 ： 钢纤维活性粉末混凝土高温后动力学特性研究 6 2 3 一 皇 皇 图 3 应变率 7 5 8 5 S 时 N R P C应力一 应变曲线对 比图 Fi g 3 Comp a r i s on o f s t r a i n s t r e s s c u r v e s f o r NRPC un de r s t r a i n r a t e o f 7 5 85 S一 图 4 应变率 7 5 8 5 S 时 S F R P C ( 1 0 ) 应力一 应变 曲线对比图 Fi g 4 Co mpa r i s o n of s t r a i n s t r e s s c u r v e s f or SFRPC ( 1 0 )u n d e r s t r a i n r a t e o f 7 5 8 5 s 变 均有一 定提 高 ， 6 0 0 ， 8 0 0 高 温作 用 后 峰 值 应 变 与未经高温处理时相比， 均提高了 0 5 1 0倍左右 ( 见 表 1 ) 但是 仅 仅 用 峰值 应 变 这 一个 特 征 值 来 反 映材料 的韧性 是不 客 观 的 ， 这 里 采 用材 料 破坏 之 前 应力一 应变曲线包含的面积来表征韧性 ， 即积分峰值 应力 之前应 力 应变 曲线下包 含 的面积 ， 称为 峰值 韧 度 结果表明， 6 0 0高温作用后 ， N RP C的峰值韧 度 由 3 5 9 k J m。变 为 3 5 0 k J m。 ， 8 0 0 高 温 作 用 后 ， 其 峰值韧度 降为 1 7 1 k J m。 S F R P C也具有 类 似 的变化 趋势 ， 6 0 0 高温 作用 后 ， S F R P C( 1 0 ) 的 峰值韧度 由 4 9 8 k J m。 变 为 6 4 2 k J m ， 8 O 0 高温 作 用后 ， 峰值 韧度降 为 2 9 9 k J m。 ( 见 表 1 ) 这是 因为 在 6 0 0高温作用后 ， 试样的抗压强度损失不大， 但 峰值 应变却变为原来 的I 5 2 0倍 左右 8 O 0高 温 作用后抗压强度损失较为严 重 ， 峰值应变 同 6 0 0 作 用后相比几乎无变化， 导致试样峰值韧度降低 高温后 ， 由于试样 的动态 抗压 强度 降低 ， 峰 值 应 变升 高 ， 所 以初始 弹性 模量普 遍 降低 ， 从 图 3 ， 4中可 以 明显 看到这 一现象 2 1 3破坏 模式 伴随着 高温作 用 后混 凝 土 材料 强 度 的 降低 ， 其 破 坏程度 也 明显不 同 图 5为应 变 率 7 5 8 5 S 时 试样在未经高温处理及高温作用后的破坏形态对比 图 由图 5可见 ， 随着 温度 的升 高 ， NR P C和 S F R P C 的破坏程度均明显加剧， S F RP C在未经高温处理及 6 0 0高温作 用后 ， 试样 呈现 裂 而不 散 的破 坏形 态 ， 但在 8 0 0高温作用后 ， 试样均出现粉碎性 的破坏 ， 呈 现粉末 状 的形态 NRP C S F R P C( O 5 、 S F R P C ( I 0 、 S F R P C ( 1 5 W i t h o u t e x p o s u r e 6 0 08 0 0 图 5应变率 7 5 8 5 S 时试样破坏形态对 比 Fi g 5 Co mp a r i s on of da m a ge mod e s f or s a mpl e un d e r s t r ain r at e o f 75 8 5 S 一 2 2 高温后 钢 纤维掺量 对 S F RP C动态 力学性 能 的 影响 2 2 1 动态 抗压 强度 图 6为应变率 7 5 8 5 S 时 N R P C与 S F R P C在 未经高温处理 及高 温作 用后应 力一 应 变 曲线对 比图 由图 6可见 ， 无 论是 未 经高 温处理 还是 高 温作 用后 ， 钢纤维对活性 粉末 混凝 土基体 都保 持着 较好 的增 强 作用 但是当钢纤维掺量超过 1 O 时， 其增强的作用 反而 降低 了 说明对 于 活性粉 末 混凝 土 ， 钢纤 维掺 量 不宜过 高 ， 过 多的钢纤维在活性混凝 土成型 过程 中容 易 出现搅拌不 均 的情况 ， 影 响成 型后 的密 实程度 ， 产 生负效应 高 温作用 后 ， 在 NR P C与 S F R P C动态抗压 强度整 体降低 的情况 下 ， 由于钢 纤维 的存 在 ， 使得 混 凝 土试 样抗 压强度仍然保持在较 高水平 未 经高温处 理以及 经 6 0 0 ， 8 0 0高 温作 用 后 ， S F R P C( O 5 ) 的 动态 抗 压强 度较 N R P C分 别 同 比提 高 了 8 8 ， 2 0 9 ， 1 6 7 ； S F I C( 1 0 9 ， 6 ) 分 别提 高 了 1 9 7 ， 2 8 1 ， 3 5 1 ； S F R P C ( 1 5 ) 分别提 高 了 1 0 1 ， 2 3 1 ， 6 7 可 见在 高 温作用 后 ， 钢纤 维 的增 强作 用更 为明显 2 2 2韧性 高 温作用 后 ， 钢 纤 维对 混 凝 土材 料 的 动态 抗 压 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 4 建筑材料学报 第 1 3卷 础 山 器 2 1 0 O 8 0 6 o 器 4 0 2 0 山 S tr a i n ( a ) Wi t h o u t e x p o s u r e S tr a i n ( b ) 6 0 0 o C 图 6应 变翠 7 5 8 5 S 时 ， NRP C与 S F RP C在 未 经高 温 处理及高温作用后应力一 应变 曲线对比 Fi g 6 Comp a r i s on o f s t r a i n s t r e s s c ur ve s f o r NRPC a n d SFRP C wi t h ou t a nd wi t h hi g h t e mp e r a t u r e e xp o s ur e u nd e r s t r a i n r a t e o f 7 5 8 5 S 1 NRP C； 2 SF P RC( 0 5 ) ； 3 - S FRP C( 1 0 ) ； 4 - S FR PC( 1 5 ) 强度有 所增强 ， 同 时对 峰值 韧度也 有很大 的影 响 整 体来看 ， 未经 高温处理 及高 温作用后 ， 钢纤 维对 活性 粉末 混凝 土均有增韧 的作用 温度 越高 ， 钢 纤维 的增 韧作 用越 明显 未经 高 温处 理 以及 经 6 0 0 ， 8 0 0高 温作用 后 ， S F R P C( 0 5 ) 的峰值 韧度较 N R P C分别 同 比提高 了 2 3 7 ， 3 7 7 ， 4 7 4 9 6 ； S F R P C ( 1 0 ) 分别提 高 了 3 8 7 ， 8 3 4 ， 7 4 9 9 5 ， S F R P C( 1 5 ) 分别提高 了 2 1 4 ， 8 3 4 ， 8 1 3 2 2 3破坏模 式 从 破坏形 态 上 分 析 ， 同样 应 变 率 下 S F R P C破 坏程 度 明显 轻于 NR P C， 见 图 5 高 温前 后 的 NR P C 均 呈 现 出 粉 碎 性 的 破 坏 ， 表 现 出 很 强 的 脆 性 ， 而 S F R P C随着钢 纤维掺量 的增 加破 坏程 度越 来越 轻 ， 主要表 现为试 样 留有 芯部 ， 周边发 生剥落 ， 试样 较完 整 ， 没有 发生 粉碎性 的破坏 ， 这也验 证 了混 凝土 试样 在经受 单轴 冲击压缩 时侧 向效应 的存在 3 机理 分 析 通 过前述 试验 研究 可 见 ， 钢 纤维 的掺 入 可使 活 性 粉末 混凝土 具有 较 优 越 的高 温 后动 态 力学 性 能 本文结 合前人 的研究 成果 8 。 。 及 笔 者 的观点 进 行 了 总结 3 1 高 温 作 用 后 活 性 粉 末 混 凝 土 强 度 降 低 机 理 分析 混凝 土爆 裂的过 程也是 混凝土 中水分从 其 内部 逸 出 的过 程 活性 粉末 混凝土 与普通 混凝土 相 比 ， 其 强 度更高 ， 密实度 更大 ， 孔隙率 更低 ， 蒸发通 道不 畅 ， 使 水不能及 时地逸 出 ， 从 而产 生过高 的蒸汽 压 ， 远 远 超 过其抗膨 胀 强度 ， 导 致 基体 内部 因不 能 抵 御这 种 过 大 的内压而更 易 产 生 内部 裂纹 ， 甚 至 出现爆 裂 现 象 一旦 出现爆裂 现象 ， 则 混凝 土本身 的强度 就会 损 失殆尽 本文研究 了应变率 7 5 8 5 S 时活性粉末 混 凝土经 6 0 0 ， 8 0 0高 温作用 后其动 态抗压 强度 的 变 化规 律 ， 得 到 6 0 0 作用 后其 动 态抗 压 强度 损 失 约 2 5 ， 而 8 O O作 用 后 损 失 约 6 5 的结 论 ， 从 动 态抗 压强度 的角度 验证 了上述 观点 的正确性 3 2 钢 纤维 对 高 温 后 S F RP C增 强 增 韧 作 用 机 理 分 析 在活性 粉末 混凝 土 中掺入 钢 纤 维后 ， 钢纤 维 与 水 泥浆界 面 黏 结使 钢 纤 维 对 活性 粉末 混 凝 土 有 增 强 、 增韧 的作 用 ， 即使高 温作 用 前 后 ， 钢纤 维 与水 泥 浆 的界面黏 结 由强 变 弱 ， 使 钢 纤 维较 未 经 高温 处 理 时更 易于从 基体 中拔 出 ， 且 由于 高温 的作用 使 得钢 纤维更 容易折 断 ， 但 只要钢 纤维还 裹在水 泥浆 体 中 ， 水 泥浆体还 具有 黏 结 力 ， 那 么 钢 纤维 就 仍然 具 有 增 强增 韧 的作 用 另外 ， 钢 材具有 很好 的传导性 能 ， 其 导热 系数是 混凝 土的 2 0 4 3 0倍 ， 钢纤维 在混凝 土 中是 三维 乱 向 分 布的 ， 因此 可使 混 凝 土在 高 温 下更 快 地达 到 内部 温度 的均匀 一致 ， 从 而 减少 由于 温度 梯 度产 生 的 内 部应力 ， 减少 了混凝 土 内部 的损 伤 ， 使 S F RP C在 高 温作用 后表 现 出较优 越 的 动态 力 学性 能 但 是 钢纤 维掺量 并非越 高越好 ， 当钢 纤维掺 量过 大时 ， 容易 导 致试样 成型过 程 中出现搅拌 不均 ， 纤 维 黏结成 团 ， 局 部纤维 掺量 过大 等现 象 ， 在 成 型过 程 中试 样 内部就 产生 了大量 的裂纹 ， 从 而影 响试样 的强度 和韧性 4 结 论 1 S HP B冲击 压缩 试 验 中 ， 利 用 铅 片 作 为 整形 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 王立闻， 等 ： 钢纤维活性粉末混凝土高温后动力学特性研究 6 2 5 器 能有效地 改变 入射 波形 状 ， 保 证试 样 达 到峰 值 应 变前 实现 应力应 变均 匀 ， 且 保持 在 大部 分 时 间里 实 现近似恒应 变率加 载 2 N R P C和 S F R P C均 表现 出很 强 的温 度效 应 ， 高温作用使活性粉末混凝土 内部产生大量 的裂纹 ， 导 致其动态抗压强度随着温度 的升高而大 幅降低 ， 峰值 韧度先升后降 ， 峰值应变提高到原来的 1 5 2 0倍 左右， 初始弹性模量降低 3 钢纤 维对高温 作用后 的活性粉末 混凝 土 同样 具有 良好 的增 强增韧作 用 ， 且作 用温度 越高 ， 增 强 增 韧作用越显著 钢纤维掺量不宜过高 ， 在本文研究范 围内 ， 钢纤 维 掺 量 为 1 0 时 增 强 增 韧 效 果 最 好 S F R P C的抗 冲击 能力 明显 优于 NR P C ， 破坏 时呈 现 裂而不散 的形态 参考文 献 ： 1 2 3 4 B ONNEAU O， P0ULI N C， DUGAT J Re a c t iv e p o wd e r c o n c r e t e ： F r o m t h e o r y t O p r a c t ic e J C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 9 6 ， 1 8 ( 4) ： 4 7 4 9 王震字 ， 陈松来 ， 袁杰 活性粉 末混 凝 土的研 究与 应用 进展 J 混凝土 ， 2 0 0 3 ( 1 1 ) ： 3 9 4 1 WANG Zh e n y u， CHEN S o n g l a i ， YUAN J i e Ad v a n c e o f r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o n r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e J C o n e r e ， 2 0 0 3 ( 1 1 )： 3 9 4 1 ( i n Ch i n e s e ) M EDA A， GAM BAR0VA P G ， B ON0M I M Hi gh p e r f o r m a n c e c o n c r e t e i n f i r e e x p o s e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s e c t io n s J ACI S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 2 0 0 2， 9 9 ( 3 ) ： 2 7 7 2 87 张彦春 ， 胡晓波， 白成彬 钢纤维混凝土 高温后力学强度研究 J 混凝土， 2 0 0 1 ( 9 ) ： 5 0 5 3 5 6 7 8 9 1 0 Z H ANG Ya n c h u n HU Xi a o b o， BAI Ch e n g b i n Re s e a r c h o n m e c h a n i c a l s t r e n g t h o f s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e a f t e r e x 。_ p o s u r e t o h i g h t e mp e r a t u r e J C o n c r e t e ， 2 0 0 1 ( 9 ) ： 5 0 5 3 ( i n Ch i n e s e ) 李丽娟 ， 谢伟锋， 刘锋 ， 等 1 0 0 MP a 高强混凝土高温后性能研 究E J 建筑材料学报， 2 0 0 8 ， ( 1 ) ： 1 0 0 1 0 4 L I L i j u a n ， X I E we i f e n g ， L I F e n g ， e t a 1 P e r f o r m a n c e o f 1 0 0 MP a h i g h s t r e n g t h c o