混凝土高温动态压缩力学性能实验的研究.pdfVIP

254 四川省第二届实验力学学术会议论文集 混凝土高温动态压缩力学性能实验研究堆 陶俊林1，秦李波1，李奎1，刘 丹1，贾 彬1，陈小伟1，一，陈 (1西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010；2中国工程物理研究院结构力学研究所四川绵阳621900) 摘要：尽管混凝土材料在高温下动态力学性能的研究还未见有公开文献资料的报道，但对其 进行研究的必要性正逐渐被人们所认识．本文利用一种新的快速加热混凝土的方法和SHPB实 Pressure 验系统(the Bar)对自制混凝土进行了不同温度下的动态压缩实验初 SplitHopkinson 步研究，通过对实验结果的分析，时混凝土在高温下的动态压缩力学性能有了赧律性的认识： 在高温动态压缩条件下，温度变化是对影响混凝土力学性能的主要因素，而应变率的影响则是 次要因素。另外，通过对实验现象的观察，认识到该混凝土高温动态压缩破坏可以分为两种模 式(裂纹模式和破碎模式)，并对此做了简单的讨论。 关键词：混凝土；高温；SHPB；实验；力学性能；快速加热技术 中图分类号：0346．1 文献标识码：A 0前言 混凝土材料作为一种被广泛应用于民用与军事建筑的建筑材料，其除了会经受一般的静态载荷和动 态载荷外，还有可能在火灾环境中遭受碰撞、冲击等动态载荷的作用，如火灾中煤气罐的爆炸、化学物 质的燃烧引起爆炸、火工品的燃烧爆炸、异物的碰撞等。另外，现代战争更加强调对敌人指挥所、重要 军事建筑的攻击，其主要是利用如美伊战争中的深层钻地武器对这些建筑进行摧毁，在武器钻地过程中 也会因摩擦等原因产生高温。这些情况是混凝土结构承受的极端载荷情况之一，一旦发生这种情况，建 筑结构往往会发生毁灭性的破坏，给建筑本身及其内部的生命、财产造成不可挽回的损失。研究这些情 况下的建筑结构响应，对于在这些特殊环境下如何设计建筑以最大限度保证人民生命财产安全有重要的 意义。而研究建筑材料在这些特殊载荷作用下的力学性能正是相关研究的基础。 目前，人们对于混凝土材料动态压缩力学性能Il-6]以及混凝土材料在高温与高温后的静态压缩力学 性能【7d2J已有较多的研究，但对高温下混凝土的动态力学性能的研究则还未见有公开文献资料的报道。 1 实验系统 1．1加热装置 目前国内外对混凝土加热的方式主要是电阻(电炉)17,8,11,121加热和直接燃烧(火)[13,14】加热两种， 在这两种加热方式中，试件热量的传递均是从外到内的热传导。由于混凝土是热的不良导体，加上在进 行混凝土力学性能实验时为了能够将混凝土看作各向同性材料，混凝土试件的尺寸均比较大。这两个主 要因素使得加热混凝土试件并使其内部温度均匀会耗费很长的时间，在加热到较高温度时更加明显，加 热到五六百摄氏度甚至需要6～8小时的时耐uJ。 本文采用了微波加热原理，与青岛迈可威微波有限公司联合研发了一台针对素混凝土快速加热的实 验装置，见图1所示。利用该装置进行了大量的混凝土加热实验，实验结果表明：一般情况下，将混凝 土试件加热到600℃及其以上的温度只需5-qomm，并且试件内部温度不均匀度可控制在5％以内，可以 满足一般的科研与工程需求。混凝土试件内部的均匀性是加热技术必须解决的问题，作者采用了两种方法 来测试该微波快速加热装置快速加热混凝土试件后其温度分布的均匀性。一是破碎测试法，即将试件加 热到预定温度后，将其快速放在保温盒里，并将其快速敲碎为几块，再使用香港希玛AR．852B红外测 温枪快速测试不同块体不同部位的温度：二是采用图2所示的单元法来进行测试，将几个试件按图2所 示叠在一起构成一个大试件，加热到预定温度后，使用红外测温枪快速测试各个小试件不同部位的温度。 1．2 SHPB实验装置 本次混凝土高温动态实验是在中国工程物理研究院结构力学研究所的痧50mm的SHPB实验装置上 ‘基金项目：国家自然科学基金项目10972187) 作者简介：陶俊林，男·1972．11生-博士，教授，主要从事材料和结构动态响应研究，junlintao@126．com． 陶倥林等混凝±高强动志Ⅲ缩力学性能实验研究 255 波导杆的端面，在波导杆与试件接触的端面粘贴有直径50mm．厚5mm的圆