Page 112 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 张 臣，等： 高温与冲击耦合作用下超高性能混凝土的动态力学特性与本构方程 第 2 期

T) 本构对高温下的 UHPC 展开了研究，发现 Z-W-T 模型能够较好地表征 UHPC 在高温高应变率下的力
学行为。上述研究通过对现有的损伤模型、本构关系进行修正，以表征材料在高温下的动力学行为。
为进一步研究 UHPC 在高温与冲击耦合作用下的动力学行为，本文采用安装了特制程序控温箱装
置的 SHPB 系统，测试 C140 UHPC 在 25～600 ℃ 温度范围及 90～200 s 应变率范围内的单轴压缩动态
−1
力学性能；基于 SHPB 实验结果，系统分析温度和应变率效应对 UHPC 的动态抗压强度、韧性等关键力
学性能的影响，并修正 Holmquist-Johnson-Cook (HJC) 本构模型屈服面。

1 材料制备与力学实验

1.1 原材料及配合比设计
采用海螺牌 PⅡ52.5 普通硅酸盐水泥制备 C140 超高性能混凝土，UHPC 的配比为每立方米含有
670 kg 水泥、143 kg 硅灰、143 kg 矿粉、1147 kg 天然砂、11.4 kg 减水剂、191 kg 自来水和 117 kg 钢纤
3
维。水泥的比表面积为 300 m /kg。硅灰和矿粉的密度分别为 2.2 和 0.3～0.4 g/cm 。天然砂的平均粒径
2
3
为 0.2～2.0 mm，比表面积为 1.3～1.6 g/cm ，专用型减水剂为聚羧酸减水剂。如图 1 所示，采用镀铜国标
3
平直钢纤维，纤维直径为 (0.20±0.02) mm，长度为 (20±1) mm，密度为 7 800 kg/m ，抗拉强度为 2 800 MPa，
弹性模量为 200 MPa。

(a) Cement (b) Silica fume (c) Mineral powder (d) Natural sand (e) Superplasticizer (f) Steel fiber
图 1 UHPC 的主要成分
Fig. 1 The primary constituents of UHPC
1.2 抗冲击试样的制备与设计
抗冲击试样的制备流程如下：
(1) 首先依据配合比精确称量原材料，经低速搅拌 2 min 初步混合后，分阶段拌合 80% 设计用水量及
高效减水剂，继续低速搅拌 2 min 至匀质状态。
(2) 待拌合物呈现稳定塑性黏度时，掺入剩余 20% 的水与减水剂，直至形成连续浆体。随后，在持续
搅拌状态下均匀掺入钢纤维，并转入高速搅拌程序 3 min 左右完成最终成型。
(3) 将 UHPC 浆体倒入内径为 (71.0±0.4) mm、长为 500 mm 的 PC 管中静置 5 d，拆模后放入 90 ℃ 高
温水浴养护 3 d，UHPC 的性能达到目标要求。
(4) 利用机床将步骤 (3) 中圆柱体试块切割成长为 (42.0±0.2) mm 的圆饼状试块，并将圆饼状试块的
2 个平行面打磨抛光，平行度要求在 0.02～0.05 mm。图 2 呈现了抗冲击试样的制备流程及形貌特征。

(a) Mold (b) Demolding (c) Cutting (d) Grinding
图 2 抗冲击试样的制备
Fig. 2 Fabrication of impact-resistant specimens

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