Page 57 - 《爆炸与冲击》2025年第5期
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第 45 卷             黄晨瑞，等： 高速冲击下混凝土动力学性质和动态温度研究                                  第 5 期

                   从热力耦合效应的角度分析，混凝土在承受冲击载荷时，应力和温度变化是相互作用的。应力的增
               长促进了裂纹的产生和扩展，而裂纹的摩擦和剪切作用又进一步导致了局部温度的上升。因此，在分析
               混凝土的破坏过程时，不仅要考虑力学响应，还需关注温度变化，才能全面理解混凝土在冲击下的破坏
               机理。

               4    结 论


                   搭建高速红外测温系统（响应速度能够达到微秒级），对不同钢纤维体积掺量的                                   SPFRC  试件的动力
               学、动态温度进行分析，监测混凝土冲击破碎过程，得到以下结论。
                   (1) 不同钢纤维体积掺量的          SPFRC  试件在冲击载荷下表现出显著的力学性能差异。随着钢纤维体
               积  掺  量  的  增  加  ， 混  凝  土  试  件  的  抗  冲  击  性  能  和  残  余  强  度  均  得  到  了  提  升  ， 裂  纹  扩  展  得  以  抑  制  。  掺  量  为
               1.5%  的钢纤维混凝土表现出最佳力学性能，然而，当掺量达到                        2.0%  时，由于内部空隙增加，力学性能略
               有下降。破坏过程显示，钢纤维能够有效增强裂纹扩展的抵抗能力，使混凝土在峰后阶段具有较好的残
               余承载力。
                   (2) 冲击荷载下，SPFRC      试件的动态温度变化呈现出明显的“台阶状”特征。温度变化可以分为两
               个阶段：第一阶段温度缓慢上升，与应力迅速增长阶段相对应，此时裂纹尚未完全形成；第二阶段温度迅
               速上升，与应力衰减和裂纹扩展相对应。当混凝土裂纹扩展并贯通后，摩擦和剪切效应加剧，导致裂纹
               处温度急剧上升，形成动态温度效应。
                   (3) 力学应力与温度变化之间存在热力耦合效应，在冲击后的                          300 μs 内，SPFRC  试件的温度整体呈
               上升趋势，由于温度的滞后效应，并没有因卸压而导致温度下降；在不同钢纤维体积掺量下，温度变化并
               未表现出明显规律，在          300 μs 之前∆T  基本保持在     2.7 ℃  左右，并未随着钢纤维体积掺量的改变而变化。


               参考文献：
               [1]   RUIZ G, DE LA ROSA A, ALMEIDA L C, et al. Dynamic mixed-mode fracture in SCC reinforced with steel fibers: an
                    experimental  study  [J].  International  Journal  of  Impact  Engineering,  2019,  129:  101–111.  DOI:  10.1016/j.ijimpeng.2019.
                    03.003.
               [2]   TÜRKMEN  İ,  KANTARCI  A.  Effects  of  expanded  perlite  aggregate  and  different  curing  conditions  on  the  physical  and
                    mechanical  properties  of  self-compacting  concrete  [J].  Building  and  Environment,  2007,  42(6):  2378–2383.  DOI:  10.
                    1016/j.buildenv.2006.06.002.
               [3]   FRAZÃO C, CAMÕES A, BARROS J, et al. Durability of steel fiber reinforced self-compacting concrete [J]. Construction
                    and Building Materials, 2015, 80: 155–166. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.01.061.
               [4]   SUESCUM-MORALES D, RÍOS J D, DE LA CONCHA A M, et al. Effect of moderate temperatures on compressive strength
                    of ultra-high-performance concrete: a microstructural analysis [J]. Cement and Concrete Research, 2021, 140: 106303. DOI:
                    10.1016/j.cemconres.2020.106303.
               [5]   DATCU  S,  IBOS  L,  CANDAU  Y,  et  al.  Improvement  of  building  wall  surface  temperature  measurements  by  infrared
                    thermography [J]. Infrared Physics & Technology, 2005, 46(6): 451–467. DOI: 10.1016/j.infrared.2005.01.001.
               [6]   RAMEZANIANPOUR A A, ESMAEILI M, GHAHARI S A, et al. Laboratory study on the effect of polypropylene fiber on
                    durability, and physical and mechanical characteristic of concrete for application in sleepers [J]. Construction and Building
                    Materials, 2013, 44: 411–418. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.02.076.
               [7]   REN G S, GAO X J, ZHANG H Z. Utilization of hybrid sisal and steel fibers to improve elevated temperature resistance of
                    ultra-high  performance  concrete  [J].  Cement  and  Concrete  Composites,  2022,  130:  104555.  DOI:  10.1016/j.cemconcomp.
                    2022.104555.
               [8]   PARK J J, YOO D Y, KIM S, et al. Benefits of synthetic fibers on the residual mechanical performance of UHPFRC after
                    exposure  to  ISO  standard  fire  [J].  Cement  and  Concrete  Composites,  2019,  104:  103401.  DOI:  10.1016/j.cemconcomp.
                    2019.103401.


                                                         053101-15
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