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(wù)學(xué)院機(jī)場工程與保障系 3、西部戰(zhàn)區(qū)空軍軍事設(shè)施建設(shè)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(wù)學(xué)院機(jī)場工程與保障系 3、西部戰(zhàn)區(qū)空軍軍事設(shè)施建設(shè)處)

利用SHPB試驗(yàn)設(shè)備對硅粉粉煤灰雙摻混凝土（SFFAC），進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，通過改變硅粉和粉煤灰的摻量來進(jìn)行對比試驗(yàn)。結(jié)果表明，硅粉的加入對混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能有較大的改善，較理想的硅粉摻量為16%。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰的加入不僅不會降低硅粉混凝土的強(qiáng)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(dòng)態(tài)力學(xué)性能；SHPB試驗(yàn)

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(xué)性能，滿足工程建設(shè)的需要。現(xiàn)如今，SFFAC已被應(yīng)用于機(jī)場跑道、地下工事、海港碼頭，公路等工程建設(shè)中，其應(yīng)用范圍還有逐步擴(kuò)大的趨勢。

但是現(xiàn)階段對SFFAC的研究主要集中在靜力學(xué)方面[1][2]。本文運(yùn)用控制變量的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，采用φ74mm的SHPB裝置，對SFFAC試件進(jìn)行沖擊性能試驗(yàn)，通過改變硅粉粉煤灰的摻量(內(nèi)摻等量替代)[3][4]，研究其在沖擊荷載下的動(dòng)力學(xué)性能[5]。

1 試驗(yàn)材料和設(shè)備

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

(2)試驗(yàn)硅粉為TOPKEN920U微硅粉，試驗(yàn)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(yàn)方案

表1 復(fù)摻硅粉粉煤灰（單位：㎏∕m3）

試驗(yàn)中以硅粉和粉煤灰的摻量為控制的變量，對粉煤灰設(shè)置為5%、10%、15%、20%、25%5個(gè)摻量水平，對硅粉設(shè)置為0%、8%、12%、16%、20%5個(gè)摻量水平。利用 SHPB裝置對試件進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，通過調(diào)整沖擊氣壓的數(shù)值來模擬不同應(yīng)變率條件。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 粉煤灰對動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的影響

圖1 0.2MPa應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖2 0.3MPa應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖3 0.5MPa應(yīng)力-應(yīng)變曲線

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

從圖中可以看出，在相同的應(yīng)變率下，隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土的峰值破壞應(yīng)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(yīng)力取值最大。

3.2 硅粉對動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的影響

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

圖4 0.2MPa應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖5 0.4MPa應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖6 0.6MPa應(yīng)力-應(yīng)變曲線

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

3.3 復(fù)摻硅粉粉煤灰對抗壓強(qiáng)度的影響

圖7 0.2MPa應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖8 0.4MPa應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖9 0.6MPa應(yīng)力-應(yīng)變曲線

對復(fù)摻硅粉粉煤灰的28d混凝土進(jìn)行了0.2、0.4、0.6MPa三種壓力下的沖擊試驗(yàn)，得到混凝土的應(yīng)力-應(yīng)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(yàn)應(yīng)變率的增加，試件中的峰值應(yīng)力也隨著提高，并且峰值應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)變也不斷減小。綜合三種應(yīng)變率情況，對于SFFAC而言，O-6組的摻量效果最好，峰值應(yīng)力取值均為最高。

4 結(jié)論

試驗(yàn)利用SHPB裝置對不同配比摻量的19組試件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測試，其結(jié)果表明如下：

（1）單獨(dú)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(yīng)變率下的峰值破壞應(yīng)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(fā)現(xiàn)，加入粉煤灰的硅粉混凝土工作性有了明顯改善，因?yàn)榉勖夯业念w粒粒徑遠(yuǎn)大于硅粉，二者混合優(yōu)化了顆粒級配，提高了顆粒的滾珠效應(yīng)，繼而改善工作性。

所以，我們可以得出結(jié)論，SFFAC的抗沖擊性能要優(yōu)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(dá)到最高的最優(yōu)配比。

[1]片星軍,李佰壽.雙摻粉煤灰和煅燒硅藻土對增強(qiáng)普通再生混凝土抗壓強(qiáng)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(yīng)用[J]．材料研究與應(yīng)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(shù)新產(chǎn)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(wù)學(xué)院機(jī)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(duì)二隊(duì) 221000，

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51478462）

宋朝輝，西部戰(zhàn)區(qū)空軍軍事設(shè)施建設(shè)處