Page 115 - 《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

1.3.2 实验方法

SHPB 动态压缩实验共设置 4 组温控工况（25、200、400 和 600 ℃）与 5 种应变率（90、110、130、
160 和 200 s -1 ），每组工况至少进行 3 次重复实验，实验重复性偏差控制在±5% 以内。如图 3 所示，合肥
姜水实验室设计的加热炉内部有一个直径为 102 mm、长度为 640 mm 的炉管。实验前，沿着试样周向
180°包裹一层耐火泥，之后将试样送入炉管中部，并在炉管两端塞入玻璃纤维耐火棉。最后，启动加热炉
加热 UHPC 试样至目标温度。

基于 UHPC 高温爆裂敏感性控制要求 [21] ， 800
采用程序控温箱以 4 ℃/min 的升温速度加热试 700 200 ℃ temperature-rise curve
400 ℃ temperature-rise curve
件（图 6）。将试件在目标温度恒温维持 120 min， 600 600 ℃ temperature-rise curve
有效抑制热应力集中引发的爆裂风险。待试样 500 93.75 min 143.75 min
加热程序结束后，在试样与杆接触面涂抹一层耐 Temperature/℃ 400
高温的二硫化钼润滑脂以降低试样与杆端面的 300 Constant temperature for 2 h
界面摩擦。实验人员快速推动入射杆和透射杆 200
至试样的端面，同时使用弹力绳在试样轴线方向 100 43.75 min Heating rate: 4 ℃/min
Room temperature: 25 ℃
施加预压，待试样端面与入射杆和透射杆完全接 0 50 100 150 200 250 300
触后，通过调节 SHPB 装置中气炮的气压发射子 Time/min
弹。高温冲击试验结束后，试验人员迅速将入射 图 6 程序控温箱升温曲线
杆和透射杆分离，防止炉管内的高温影响杆的力 Fig. 6 The heating curves for the program-controlled
学性能，在完成所有数据的备份后，重复上述步 temperature chamber
骤开展 SHPB 冲击试验。

2 实验结果与分析

2.1 高温作用下 UHPC 试样宏观形貌演化

UHPC 经历 200、400 和 600 ℃ 的高温加热后，其内部发生一系列的化学反应，不仅其机械性能发生变
化，而且宏观形貌也发生了变化。图 7 展示了 UHPC 试样在 25～600 ℃ 热暴露后的宏观形貌演化特征：
25 ℃ 时，UHPC 试样为灰色，水泥主导整体颜色；200 ℃ 高温作用下，由于 UHPC 内部的自由水受热蒸发，

UHPC 试样颜色微黄，与常温试样差别较小；400 ℃ 高温作用下，由于 UHPC 中的胶凝材料以及 Ca(OH)
2
分解，天然砂中含有铁质矿物发生氧化反应，UHPC 试样颜色为红褐色；600 ℃ 高温作用下，水泥与硅灰
分解，形成灰白色的 CaO 和 SiO ，钢纤维失去金属光泽变黑，UHPC 试样颜色为灰白色，局部为红褐色 [10] 。
2

(a) 25 ℃ (b) 200 ℃ (c) 400 ℃ (d) 600 ℃ (e) Lateral surface of
the UHPC at 600 ℃

图 7 UHPC 试样在不同温度下的宏观形貌
Fig. 7 Macroscopic morphology of UHPC specimens at different temperatures

200 ℃ 热暴露下，钢纤维桥联效应有效抑制基体损伤。当温度升至 400 ℃ 以上时，界面脱黏裂纹与
钢纤维氧化协同作用，爆裂概率显著增大。这是由于，在高温下试样内部与表面产生过大的温度梯度，
进而产生较大的热应力，试样的抗拉强度不足以抵抗该热应力而发生爆裂 [22-24] 。

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