Page 118 - 《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

平 均 值 在 6 0 0 ℃ 时 的 降 幅 为 4 8 . 0 4 % ， 高 于 60 200 ℃
−1
200 和 400 ℃ 的 19.25%、34.06%。在 160 s 应 50 48.04% 41.84% 400 ℃
变 率 的 冲 击 下 ， 2 0 0 和 4 0 0 ℃ 高 温 环 境 下 40 34.06% 600 ℃

UHPC 的 动 态 抗 压 强 度 损 失 率 分 别 为 20.73% 19.25% 24.87% 22.56% 31.75%
−1
和 24.87%。在 200 s 应变率的冲击下，各温度 Loss ratio/% 30 20.73% 14.80%
组 的 UHPC 动 态 抗 压 强 度 损 失 率 最 低 。 由 于 20
UHPC 内部密实度高、孔隙率低，高温导致混凝 10
土内部孔隙率增大、裂纹增多，从而对动态抗压
0
强度产生影响。 110 160 200
Strain rate/s −1
2.2.4 温度和应变率效应对 UHPC 韧性的影响
材料的耗能是材料从加载到失效所吸收的 图 11 不同温度、相同应变率下 UHPC 动态抗压强度
的损失率
能量，能够综合表征材料强度和延性 [26] 。混凝土
Fig. 11 Loss ratios of UHPC dynamic compressive strength
的韧性是衡量其抗冲击性能的重要指标之一，为
at different temperatures and constant strain rates
此，引入应变能密度（混凝土试样的应力-应变曲
线经过峰值后，取值为 0.85 σ max 的点所做的垂线与 x 轴及原曲线围成的面积 [29] ）来表征 UHPC 的韧性：
w
ε 0.85σmax
E a,s = σ(ε)dε (3)
0
式中：E 为单位体积吸收的能量，即应变能密度。由于 SHPB 实验所获得的脆性材料应力-应变曲线具
s
a,
有离散性，为提升计算方法的精度，每个应变率下至少开展 3 组重复实验，利用应力-应变曲线计算每组
UHPC 的韧性，取平均值作为该应变率下 UHPC 的应变能密度。
图 12 给出了 UHPC 的韧性与应变率的关系，从图 12 发现各实验组的 UHPC 韧性均具有显著的应
变率效应，同一温度下，UHPC 能量吸收与应变率呈正比。这是由于在同一温度下，随着冲击速度的提
高， UHPC 短时间内产生的裂纹及钢纤维拔出、断裂需要消耗更多的能量。
图 13 给出了 UHPC 韧性与温度的关系。可以发现，在同一应变率冲击下，UHPC 应变能密度在 200 ℃
时最低，400 ℃ 出现反弹现象，随着温度进一步提高，UHPC 的应变能密度开始下降。在高温实验时，高
温炉膛在 155～375 ℃ 时出现大量水蒸气，根据文献 [3,10,29] 对这一现象的描述，这是由于 UHPC 中的
自由水先溢出，随后水泥中的 Ca(OH) 在 2 400 ℃ 高温下发生水化反应，使得 UHPC 在强度上有一定的提

3.2 3.5
25 ℃ 90 s −1
200 ℃ 3.0 110 s −1
400 ℃
600 ℃ 130 s −1
2.4
2.5 160 s −1
200 s −1
2.0
E a,s /MPa 1.6 E a,s /MPa 1.5

1.0
0.8
0.5
Hydration reaction Water vapor
0
80 100 120 140 160 180 200 0 100 200 300 400 500 600
Strain rate/s −1 Temperature/℃

图 12 UHPC 韧性与应变率的关系曲线 图 13 UHPC 韧性与温度的关系
Fig. 12 Relationship between UHPC toughness Fig. 13 Relationship between UHPC toughness
and strain rate and temperature

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