［12 ］
Residual compressive strength of NSCs
通过控制气压， 利用 SHPB 技术装置进行了三组 温度分别为 高 温 后 混 凝 土 材 料 的 动 态 压 缩 试 验， 400℃ 、 600℃ 和 800℃ ， 并且对每一个温度及应变率都
图3 Fig． 3 典型波形
来整形， 本试验中则利用
一定厚度和直径的软纸帖在入射杆的撞击端来对入 射脉冲进行整形， 以消除高频波成份减小波传播中的 弥散。图 3 是试验中测得的典型波形。 由图 3 可看 出， 波形没有明显的振荡， 说明试验中采取的脉冲整 形方法有效地减小波传播中的弥散问题 。
图5 Fig． 5
普通混凝土的剩余压缩强度
Mix proportion of concrete
水 183 砂 542
水泥 425
1． 2
试样的加热与冷却
在对混凝土材料试样进行加热的过程中 ， 极易使 试样产生裂纹， 从而严重影响试验结果。 因此， 必须 对试样的加热过程进行有效控制， 以减小试样在加热 过程中产生裂纹的可能。 在加热过程中， 引起混凝土试样产生裂纹的原因 ， 很多 如混凝土各组分材料物理性能的差异性、 温度 应力、 水蒸气的膨胀等。 其中温度应力与加热过程中 的温度梯度有关， 可以有效地控制。 由于混凝土材料 的热传导系数很小， 加热的过程中， 在混凝土材料试 产生温度应力。 当温度应力达 样中易形成较大温差， 到混凝土材料的抗拉强度时， 就会产生裂纹。 温度应 力与材料的弹性模量、 泊松比、 热膨胀系数及温差等 17］ 有关。式（ 1 ） 为文献［ 给出的温度应力的关系式。 E αΔT （ 1） σx = σy = － 1 －μ 式中： σ x 、 σ y 分别为温度应力在 x 、y 轴方向的分量 （ 参见图 1 ） ； E 、 μ 分别为材料的弹性模量和泊松比； α 为材料单位长度的热膨胀系数； ΔT 为材料的温差。 各参数值见表 2 ， 其中 f t 为抗拉强度。
图4 Fig． 4
计算与实测应力应变曲线的比较 Comparison between calculated and measured stressstrain curves
2
试验结果与分析
12］ 文献［ 分别对普通和高强混凝土高温后的准 静态压缩强度进行了研究， 给出了混凝土的压缩强度 CC ， NSFA30 ， NS与温 度 的 关 系 （ 见 图 5 ， 其 中 NS-
［18 ］
NSBS30 和 NSBS40 分别代表一般的、 FA40 ， 分别掺 入相应数字含量粉末和颗粒状炉渣的普通混凝土 ） ， 认为 400 ～ 800℃ 是影响强度损失的关键温度范围， 低 于 400℃ 时混凝土的压缩强度变化不大， 高于 800℃ 时 混凝土的压缩强度远远小于其原始强度。 为此， 确定 本文试验的温度范围为 400 ～ 800℃ 。
－1 混凝土材料的骨料尺寸为 15 ～ 20mm。 结果表明： 的混凝土材料试样进行应变率范围 30 ～ 220s 的动态压缩试验，
经历高温后的混凝土材料， 一方面具有温度软化效应， 另一方面又具有应变率强化效应 。 其归一化强度随归一化 温度对数的增大而近似线性地递减， 相反却随应变率对数的增大而近似线性地递增 。 在应变率的强化效应及温度 后者占主导地位。 软化效应的耦合影响中， 关键词： SHPB； 混凝土； 应变率； 归一化强度； 温度 中图分类号： O347 TU528． 1 文献标识码： A 131X（ 2011 ） 04007806 文章编号： 1000-
Typical wave shapes
进行了三个重复性试验。同时， 为便于分析比较， 又对 常温下混凝土材料进行了不同应变率的动态压缩试验。 600℃ 后， 图 6 ～ 图 8 分别为常温、 加热到 400℃ 、 不同应 变率下混凝土材料的动态压缩应力应变曲线。
另外， 在试样中间对称位置分别贴上应变片以实 测试样的应变。图 4 为实测结果与按应力波理论计算 二者基本一致， 说明大直径 SHPB 装置用 结果的比较， 于混凝土材料动态性能测试的结果是可靠的 。
混凝土由于其经济性、 较好的力学性能及可设计 性， 因而被广泛的应用于建筑、 核电站、 机场跑道及军 事工程等领域中。 但是， 在应用过程中人们发现， 混 凝土材料在高温环境下或经历高温后， 其力学性能和 20 世纪 50 年代， 使用寿命将有所衰退。因此， 国外就 已开展高温下及高温后各种混凝土材料力学性能的 ［19 ］ ， 研究 而国内则在 20 世纪 60 ～ 80 年代才开始这方
Dynamic compression behavior of heated concrete
Liu Chuanxiong Li Yulong Wu Ziyan Guo Weiguo Ge Yuzhuo （ Northwestern Polytechnical University，Xi’ an 710072 ，China） Abstract： Experiments were carried out by using SHPB （ 100mm ） （ Split Hopkinson Pressure Bar ） apparatus for concrete after exposure to 23 ～ 800 o C． The diameters of coarse aggregates in the concrete ranged form 15mm to 20mm， and the SHPB experiments involve strain rates between 30s － 1 and 220s － 1 ． Results show that the heated concrete was rate effect on strength enhancement， with the normalized strength decreasing approximate weakened，and there was strainlinearly with the increase of the logarithm of the normalized temperature． Degradation of the compressive strength of the heated concrete was dominant． Keywords： SHPB ； concrete； strainrate； normalized strength； temperature Email： l_cx@ mail． nwpu． edu． cn 对经历高温后混凝土结构的使用寿命 、 情况。因此，
［1016 ］ 。 面问题的研究 然而， 到目前为止， 国内外有关混凝土材料在高
1
1． 1
试验
试样
温或高温后力学性能的研究仅仅局限于准静态加载
基金项目： 国防基础预研（ A2720060277 ） 、 引信动态特性国防科技重点 实验室项目（ 9140C602040803 ） 作者简介： 刘传雄， 博士研究生 0902 收稿日期： 2009-
混凝 土 试 样 材 料 的 配 比 见 表 1 。 其 中 水 泥 为 425R 普通硅酸盐水泥， 砂为标准的河砂， 骨料直径为 15 ～ 20mm， 标准护养 28d。试样尺寸为 Ф98 × 49mm。
第 44 卷
第4 期 表1 Table 1
刘传雄等·高温后混凝土材料的动态压缩力学性能 混凝土材料的配比 kg / m3
引
言
可维修性及回收利用的评估都是建立在其准静态性 能研究的基础上。但是， 这些混凝土结构在实际使用 中不可避免地会受到动态载荷的作用， 因而迫切需要 对经历 高 温 后 的 混 凝 土 材 料 进 行 动 态 力 学 性 能 的 研究。 本文利用直径 100mm 的 SHPB 技术装置对常温 600℃ 、 800℃ 高温后的混凝土材料试样进行 及 400℃ 、 了动态压缩试验研究， 分析并得到了应变率和温度对 混凝土材料动态压缩强度的影响规律 。
石子 1150
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加热过程中需要解决的另一个很重要的问题就 是试样温度的测量。 由于混凝土材料的热传导系数 在每一个恒定的加热温度环境下， 需要加热一 很小， 定的时间才能使试样整体处于相应环境温度的稳定 状态， 而加热时间很难准确计算或预测。 因此， 试样 内部的温度测量就成为关键， 但试样内部温度很难直 接测量。为此， 在试验中采取间接测量的方法。 加热前把两个试样叠在一起， 在这两个试样的接 触面上预先安放热电偶丝， 然后一起放入加热炉膛内 加热。此时， 在炉膛内加热的两个试样就相当于一个 大的混凝土构件， 两个试样的接触面就相当于这个大 混凝土构件的对称横截面， 而置于其中的热电偶丝就 相当于预 先 埋 设 在 这 个 大 混 凝 土 构 件 的 中 心 位 置 。 因而可利用温控仪、 继电器、 热电偶来测量和控制大 ， 混凝土构件内部的温度 只要大混凝土构件中心达到 加热环境温度， 整个大混凝土构件就达到稳定的加热 环境温度， 从而实现对混凝土试样内部温度的间接测 量。在实际加热中， 当达到最终需要的目标温度时， 仍保持加热 1 小时以确保试样内温度的平衡。然后打 开炉门， 使试样随热炉膛冷却到室温。 1． 3 试验装置 图 2 是直径为 Ф100mm 的 SHPB 技术装置的简单 示 意 图。 其 中 撞 击 杆 长 为 800mm，入 射 杆 长 为 4400mm， 透射杆长为 3000mm。
图2 图1 Fig． 1 表2 Table 2
E（ MPa） 24000
SHPB 装置示意图
热应力
Fig． 2
Schematic of the SHPB apparatus
Thermal stress 混凝土材料参数
f t （ MPa） 3． 0
SHPB 技术的理论基础是细长杆的一维应力波理 论和两个基本假设， 即平面假设和均匀性假设： ① 杆 中传播的应力波是一维的， 杆的横截面在变形中仍保 持为平面； ②试样中的应力应变处于均匀状态。 基于 以上理论和假设， 试验中可以通过分别贴在入射杆和 透射杆上的应变片测得入射、 反射和透射应变脉冲， 再由式（ 4 ） ～ 式 （ 6 ） 计算得到试样的平均应变 ε s 、 应 力 σ s 和应变率 ε s 。 σ s = E0