钢纤维混凝土动态压缩与拉伸力学特性试验研究

摘要

为探究钢纤维含量对混凝土动态压缩和拉伸力学特性的影响机制，采用霍普金森压杆(SHPB)装置开展了不同冲击气压、不同钢纤维体积含量(0%C50素混凝土、2%、3%和4%)的混凝土试样动态压缩和动态巴西劈裂试验，并结合高速摄影揭示了试样裂纹的动态演化过程。试验结果表明：在同一冲击气压下，钢纤维混凝土试样的动态压缩强度和动态劈裂拉伸强度与钢纤维含量呈正相关，其吸能程度和破碎程度也呈正相关。钢纤维可有效抑制混凝土的破碎，阻碍钢纤维混凝土试样对冲击能量的吸收与耗散。其中，钢纤维混凝土试样吸能率的上限区间为30%～36%。钢纤维对混凝土的动态劈裂拉伸强度的提升显著高于其对动态抗压强度的提升，且对于较高混凝土强度、甚至有抗爆需求的钢纤维混凝土，结合试验数据、工程经济成本、技术可控性等方面考虑，2%～3%钢纤维含量可作为混凝土增韧的合理区间。钢纤维对混凝土试样动态劈裂和压缩破坏的作用机理不同，动态劈裂过程中，钢纤维可显著阻碍和约束混凝土裂缝的动态扩展；而动态压缩过程中，钢纤维和混凝土之间因发生剥离而导致增韧作用失效。

关键词

钢纤维混凝土 / 分离式霍普金森压杆 / 动态压缩 / 动态劈裂 / 力学特性

基金资助

国家自然科学基金项目(52108368); 湖北省自然科学基金创新群体项目(2020CFA043)