不同冷却方式下高温混凝土的动态力学特性

吴栩霆 王振 周航 张国凯 李硕标

吴栩霆, 王振, 周航, 张国凯, 李硕标. 不同冷却方式下高温混凝土的动态力学特性[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2024-0097
引用本文: 吴栩霆, 王振, 周航, 张国凯, 李硕标. 不同冷却方式下高温混凝土的动态力学特性[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2024-0097
WU Xuting, WANG Zhen, ZHOU Hang, ZHANG Guokai, LI Shuobiao. Study on dynamic mechanical properties of high-temperature concrete with different cooling methods[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2024-0097
Citation: WU Xuting, WANG Zhen, ZHOU Hang, ZHANG Guokai, LI Shuobiao. Study on dynamic mechanical properties of high-temperature concrete with different cooling methods[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2024-0097

不同冷却方式下高温混凝土的动态力学特性

doi: 10.11883/bzycj-2024-0097
基金项目: 国家自然科学基金(52378401);国家重点研发计划(2021YFC3002000)
详细信息
    作者简介:

    吴栩霆(2000- ),男,硕士研究生,122101222047@njust.edu.cn

    通讯作者:

    王 振(1987- ),男,博士,副研究员,wangzhen2012@njust.edu.cn

  • 中图分类号: O347.3

Study on dynamic mechanical properties of high-temperature concrete with different cooling methods

  • 摘要: 混凝土材料被大量应用于基础设施及国防设施的建造中。为了研究高温混凝土在不同冷却方式下的动态力学特性,通过$\varnothing $74 mm大口径分离式霍普金森压杆对不同冷却方式处理下不同温度的C30圆柱形混凝土试样进行了动态力学性能试验,得到了其在热、水、力联合作用下的力学特性。研究了冷却方式、温度和加载条件对平均应变率的影响,重点分析了高温混凝土在不同方式冷却后的动态应力-应变曲线,以及冷却方式、温度和加载速率对其破碎形态、动态抗压强度、弹性模量、峰值应变及一系列动态效应的影响。结果表明:水冷混凝土试样的平均应变率受温度的影响更明显,不同冷却方式下加载速度与平均应变率近似呈线性关系;当温度达到400 ℃及以上时,试样颜色发生明显改变,相同温度下,水冷试样比自然冷却试样的颜色更深,出现更多细微裂纹,骨料形态破坏更严重;不同冷却方式下混凝土的动态抗压强度均与加载速度成正比,与加热温度成反比;水冷混凝土试样的弹性模量损伤系数低于自然冷却试样;高温混凝土试样的峰值应变与加热温度成正比,与加载速度成反比,且水冷混凝土试样的峰值应变相对值要高于自然冷却试样;混凝土的动载荷增加因子与温度及加载速度均成正比,且温度越高,混凝土的应变率效应越明显;当温度在200 ℃时,混凝土耗能系数出现反弹现象。
  • 图  1  圆柱形混凝土试件

    Figure  1.  Cylindrical concrete specimens

    图  2  SHPB装置示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of split Hopkinson pressure bar

    图  3  升温示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of temperature rise

    图  4  不同加载速度下的脉冲波形曲线

    Figure  4.  Pulse waveform curves at different loading velocities

    图  5  常温和高温处理混凝土的SEM微观形貌

    Figure  5.  SEM microscopic morphology of concrete at room temperature and after high temperature

    图  6  常温及高温冷却后混凝土的外观照片

    Figure  6.  Photographs of the concrete at room temperature and after high temperature cooling

    图  7  不同温度和冷却方式下混凝土的静态应力-应变曲线

    Figure  7.  Static stress-strain curves of concrete at different temperatures and cooling methods

    图  8  不同温度、冷却方式和加载速度下混凝土的破碎特性

    Figure  8.  Breaking characteristics of concrete at different temperatures, cooling methods, and loading velocity

    图  9  不同冷却方式下加载速度与平均应变率的拟合曲线

    Figure  9.  Fitting curves of loading velocity vs. average strain rate under different cooling methods

    图  10  不同温度和不同冷却方式下混凝土的动态应力-应变曲线

    Figure  10.  Dynamic stress-strain curves of concrete at different temperatures and different cooling methods

    图  11  不同冷却方式下各温度混凝土的动态抗压强度曲线

    Figure  11.  Dynamic compressive strength curves of concrete at different temperatures with different cooling methods

    图  12  不同冷却方式下混凝土由常温加热至600 ℃时动态抗压强度下降比例

    Figure  12.  Proportion of dynamic compressive strength decrease of concrete heated from room temperature to 600 ℃ with different cooling methods

    图  13  不同冷却方式下各温度混凝土的动态弹性模量

    Figure  13.  Dynamic elastic modulus of concrete at different temperatures with different cooling methods

    图  14  不同冷却方式下各温度混凝土的弹性模量损伤系数

    Figure  14.  Damage coefficient of elastic modulus of concrete at different temperatures with different cooling methods

    图  15  不同冷却方式下各温度混凝土的峰值应变

    Figure  15.  Peak strain of concrete at different temperatures with different cooling methods

    图  16  不同冷却方式下各温度混凝土静态强度

    Figure  16.  Static strength of concrete at different temperatures with different cooling methods

    图  17  温度、加载速度、冷却方式对DIF的影响

    Figure  17.  Influence of temperature, loading velocity, and cooling method on DIF

    图  18  混凝土耗能计算示意图

    Figure  18.  Schematic diagram of concrete energy consumption calculation

    图  19  不同冷却方式下高温混凝土的耗能系数

    Figure  19.  Energy consumption coefficient of high-temperature concrete with different cooling methods

    表  1  混凝土配合比

    Table  1.   Concrete mix ratio

    水灰比配合比/(kg·m−3)
    水泥砂子碎石粉煤灰
    0.345211797651 31162
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    表  2  不同加热温度及冷却条件下混凝土试样外观对比

    Table  2.   Comparison of the appearance of concrete samples under different heating temperatures and cooling conditions

    温度/℃ 自然冷却试样 水冷试样
    颜色 裂纹 剥落 颜色 裂纹 剥落
    20
    100 灰白 暗灰
    200 灰白、黄 暗灰、黄
    400 灰白、浅粉 细微裂纹 灰白、浅粉 明显裂纹 少量剥落
    600 灰白、粉 明显裂纹 少量剥落 灰白、粉 明显裂纹 少量剥落
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    表  3  加载速度与平均应变率的线性拟合参数

    Table  3.   Linear fitting parameters of loading velocity and average strain rate

    工况 a b R2
    20 ℃ 9.17 12.08 0.972 63
    100 ℃,自然冷却 5.65 12.31 0.971 85
    100 ℃,水冷 17.93 9.25 0.992 31
    200 ℃,自然冷却 3.15 14.04 0.982 53
    200 ℃,水冷 28.36 9.83 0.953 02
    400 ℃,自然冷却 −6.16 15.23 0.993 56
    400 ℃,水冷 −2.14 11.29 0.969 76
    600 ℃,自然冷却 7.62 12.56 0.982 44
    600 ℃,水冷 24.91 10.06 0.974 02
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-09
  • 修回日期:  2024-06-15
  • 网络出版日期:  2024-06-17

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