沖擊荷載作用下SFFAC材料性能研究

李 原張 勇 宋朝輝

(1、2中國人民解放軍空軍勤務學院機場工程與保障系 3、西部戰區空軍軍事設施建設處)

沖擊荷載作用下SFFAC材料性能研究

李 原1張 勇 宋朝輝2

(1、2中國人民解放軍空軍勤務學院機場工程與保障系 3、西部戰區空軍軍事設施建設處)

利用SHPB試驗設備對硅粉粉煤灰雙摻混凝土（SFFAC），進行沖擊試驗，通過改變硅粉和粉煤灰的摻量來進行對比試驗。結果表明，硅粉的加入對混凝土的動態力學性能有較大的改善，較理想的硅粉摻量為16%。同時還可以發現，粉煤灰的加入不僅不會降低硅粉混凝土的強度，還能提高混凝土工作性，與素混凝土相比，硅粉粉煤灰雙摻混凝土（SFFAC）具有更好的抗沖擊性能。

硅粉混凝土；動態力學性能；SHPB試驗

硅粉粉煤灰混凝土（簡稱SFFAC），通過在普通素混凝土中按比例摻入硅粉和粉煤灰，來顯著提高混凝土的力學性能，滿足工程建設的需要。現如今，SFFAC已被應用于機場跑道、地下工事、海港碼頭，公路等工程建設中，其應用范圍還有逐步擴大的趨勢。

但是現階段對SFFAC的研究主要集中在靜力學方面[1][2]。本文運用控制變量的試驗設計方法，采用φ74mm的SHPB裝置，對SFFAC試件進行沖擊性能試驗，通過改變硅粉粉煤灰的摻量(內摻等量替代)[3][4]，研究其在沖擊荷載下的動力學性能[5]。

1 試驗材料和設備

(1)試驗用水泥為普通的 525硅酸鹽水泥，細骨料為洗凈河沙；粗骨料為連續級配碎石，最大粒徑小于20mm。

(2)試驗硅粉為TOPKEN920U微硅粉，試驗用粉煤灰為Ⅱ級普通粉煤灰，水為普通自來水，減水劑為萘系高效減水劑。

2 試驗方案

表1 復摻硅粉粉煤灰（單位：㎏∕m3）

試驗中以硅粉和粉煤灰的摻量為控制的變量，對粉煤灰設置為5%、10%、15%、20%、25%5個摻量水平，對硅粉設置為0%、8%、12%、16%、20%5個摻量水平。利用 SHPB裝置對試件進行沖擊試驗，通過調整沖擊氣壓的數值來模擬不同應變率條件。

3 試驗結果與分析

3.1 粉煤灰對動態抗壓強度的影響

圖1 0.2MPa應力-應變曲線

圖2 0.3MPa應力-應變曲線

圖3 0.5MPa應力-應變曲線

對粉煤灰摻量分別為5%、10%、15%、20%、25%的28d混凝土進行了0.2、0.3、0.5MPa三種壓力下的沖擊試驗，得到混凝土的應力-應變曲線分別如圖3、4、5所示。

從圖中可以看出，在相同的應變率下，隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土的峰值破壞應力有著先增加后減小的變化趨勢，并且，在 15%摻量組中，其峰值破壞應力取值最大。

3.2 硅粉對動態抗壓強度的影響

對摻有0%、8%、12%、16%、20%硅粉的28d齡期混凝土進行0.2、0.4、0.6MPa三種不同應變率條件的沖擊試驗，得到如圖6、7、8所示的應力-應變曲線圖。

圖4 0.2MPa應力-應變曲線

圖5 0.4MPa應力-應變曲線

圖6 0.6MPa應力-應變曲線

從圖中可以看出，在相同的應變率下，隨著硅粉摻量的提高，混凝土的破壞應力先增加后下降，并且在16%的摻量時，破壞應力取值最大。

3.3 復摻硅粉粉煤灰對抗壓強度的影響

圖7 0.2MPa應力-應變曲線

圖8 0.4MPa應力-應變曲線

圖9 0.6MPa應力-應變曲線

對復摻硅粉粉煤灰的28d混凝土進行了0.2、0.4、0.6MPa三種壓力下的沖擊試驗，得到混凝土的應力-應變曲線分別如圖9、10、11所示。從圖中我們可以看出，隨著試驗應變率的增加，試件中的峰值應力也隨著提高，并且峰值應力所對應的應變也不斷減小。綜合三種應變率情況，對于SFFAC而言，O-6組的摻量效果最好，峰值應力取值均為最高。

4 結論

試驗利用SHPB裝置對不同配比摻量的19組試件進行了動態力學性能測試，其結果表明如下：

（1）單獨摻入粉煤灰會使得混凝土的抗沖擊性能受到一定影響，不同應變率下的峰值破壞應力均有不同程度下降。

（2）摻有硅粉的混凝土和素混凝土相比，抗沖擊性能有了明顯提高，說明硅粉對混凝土抗沖擊性能的提高有顯著作用，并且 16%的硅粉摻量效果提升最為顯著。

（3）在試件的制作中可以發現，加入粉煤灰的硅粉混凝土工作性有了明顯改善，因為粉煤灰的顆粒粒徑遠大于硅粉，二者混合優化了顆粒級配，提高了顆粒的滾珠效應，繼而改善工作性。

所以，我們可以得出結論，SFFAC的抗沖擊性能要優于素混凝土，但是，加入過量的硅粉粉煤灰卻會使得混凝土的抗沖擊性能降低，16%的硅粉摻量，10%的粉煤灰摻量是使得混凝土抗沖擊性能達到最高的最優配比。

[1]片星軍,李佰壽.雙摻粉煤灰和煅燒硅藻土對增強普通再生混凝土抗壓強度的研究[J].江西建材,2016,05:5-6.

[2]陳銘喜．大摻量粉煤灰在大體積混凝土中的應用[J]．材料研究與應用，2012 (8 )：9～12．

[3]薛龍龍.淺談混凝土配合比中坍落度的重要性[J].中國新技術新產品,2016,08:124-125.

TU528.2

A

1007-6344（2016）10-0203-01

李原,男，（1992-），中國人民解放軍空軍勤務學院機場工程與保障系，碩士研究生，江蘇省徐州市西閣街85號一大隊二隊 221000，

國家自然科學基金項目（51478462）

宋朝輝，西部戰區空軍軍事設施建設處