冲击荷载作用下SFFAC材料性能研究

李 原张 勇 宋朝辉

(1、2中国人民解放军空军勤务学院机场工程与保障系 3、西部战区空军军事设施建设处)

冲击荷载作用下SFFAC材料性能研究

李 原1张 勇 宋朝辉2

(1、2中国人民解放军空军勤务学院机场工程与保障系 3、西部战区空军军事设施建设处)

利用SHPB试验设备对硅粉粉煤灰双掺混凝土（SFFAC），进行冲击试验，通过改变硅粉和粉煤灰的掺量来进行对比试验。结果表明，硅粉的加入对混凝土的动态力学性能有较大的改善，较理想的硅粉掺量为16%。同时还可以发现，粉煤灰的加入不仅不会降低硅粉混凝土的强度，还能提高混凝土工作性，与素混凝土相比，硅粉粉煤灰双掺混凝土（SFFAC）具有更好的抗冲击性能。

硅粉混凝土；动态力学性能；SHPB试验

硅粉粉煤灰混凝土（简称SFFAC），通过在普通素混凝土中按比例掺入硅粉和粉煤灰，来显著提高混凝土的力学性能，满足工程建设的需要。现如今，SFFAC已被应用于机场跑道、地下工事、海港码头，公路等工程建设中，其应用范围还有逐步扩大的趋势。

但是现阶段对SFFAC的研究主要集中在静力学方面[1][2]。本文运用控制变量的试验设计方法，采用φ74mm的SHPB装置，对SFFAC试件进行冲击性能试验，通过改变硅粉粉煤灰的掺量(内掺等量替代)[3][4]，研究其在冲击荷载下的动力学性能[5]。

1 试验材料和设备

(1)试验用水泥为普通的 525硅酸盐水泥，细骨料为洗净河沙；粗骨料为连续级配碎石，最大粒径小于20mm。

(2)试验硅粉为TOPKEN920U微硅粉，试验用粉煤灰为Ⅱ级普通粉煤灰，水为普通自来水，减水剂为萘系高效减水剂。

2 试验方案

表1 复掺硅粉粉煤灰（单位：㎏∕m3）

试验中以硅粉和粉煤灰的掺量为控制的变量，对粉煤灰设置为5%、10%、15%、20%、25%5个掺量水平，对硅粉设置为0%、8%、12%、16%、20%5个掺量水平。利用 SHPB装置对试件进行冲击试验，通过调整冲击气压的数值来模拟不同应变率条件。

3 试验结果与分析

3.1 粉煤灰对动态抗压强度的影响

图1 0.2MPa应力-应变曲线

图2 0.3MPa应力-应变曲线

图3 0.5MPa应力-应变曲线

对粉煤灰掺量分别为5%、10%、15%、20%、25%的28d混凝土进行了0.2、0.3、0.5MPa三种压力下的冲击试验，得到混凝土的应力-应变曲线分别如图3、4、5所示。

从图中可以看出，在相同的应变率下，随着粉煤灰掺量的提高，混凝土的峰值破坏应力有着先增加后减小的变化趋势，并且，在 15%掺量组中，其峰值破坏应力取值最大。

3.2 硅粉对动态抗压强度的影响

对掺有0%、8%、12%、16%、20%硅粉的28d龄期混凝土进行0.2、0.4、0.6MPa三种不同应变率条件的冲击试验，得到如图6、7、8所示的应力-应变曲线图。

图4 0.2MPa应力-应变曲线

图5 0.4MPa应力-应变曲线

图6 0.6MPa应力-应变曲线

从图中可以看出，在相同的应变率下，随着硅粉掺量的提高，混凝土的破坏应力先增加后下降，并且在16%的掺量时，破坏应力取值最大。

3.3 复掺硅粉粉煤灰对抗压强度的影响

图7 0.2MPa应力-应变曲线

图8 0.4MPa应力-应变曲线

图9 0.6MPa应力-应变曲线

对复掺硅粉粉煤灰的28d混凝土进行了0.2、0.4、0.6MPa三种压力下的冲击试验，得到混凝土的应力-应变曲线分别如图9、10、11所示。从图中我们可以看出，随着试验应变率的增加，试件中的峰值应力也随着提高，并且峰值应力所对应的应变也不断减小。综合三种应变率情况，对于SFFAC而言，O-6组的掺量效果最好，峰值应力取值均为最高。

4 结论

试验利用SHPB装置对不同配比掺量的19组试件进行了动态力学性能测试，其结果表明如下：

（1）单独掺入粉煤灰会使得混凝土的抗冲击性能受到一定影响，不同应变率下的峰值破坏应力均有不同程度下降。

（2）掺有硅粉的混凝土和素混凝土相比，抗冲击性能有了明显提高，说明硅粉对混凝土抗冲击性能的提高有显著作用，并且 16%的硅粉掺量效果提升最为显著。

（3）在试件的制作中可以发现，加入粉煤灰的硅粉混凝土工作性有了明显改善，因为粉煤灰的颗粒粒径远大于硅粉，二者混合优化了颗粒级配，提高了颗粒的滚珠效应，继而改善工作性。

所以，我们可以得出结论，SFFAC的抗冲击性能要优于素混凝土，但是，加入过量的硅粉粉煤灰却会使得混凝土的抗冲击性能降低，16%的硅粉掺量，10%的粉煤灰掺量是使得混凝土抗冲击性能达到最高的最优配比。

[1]片星军,李佰寿.双掺粉煤灰和煅烧硅藻土对增强普通再生混凝土抗压强度的研究[J].江西建材,2016,05:5-6.

[2]陈铭喜．大掺量粉煤灰在大体积混凝土中的应用[J]．材料研究与应用，2012 (8 )：9～12．

[3]薛龙龙.浅谈混凝土配合比中坍落度的重要性[J].中国新技术新产品,2016,08:124-125.

TU528.2

A

1007-6344（2016）10-0203-01

李原,男，（1992-），中国人民解放军空军勤务学院机场工程与保障系，硕士研究生，江苏省徐州市西阁街85号一大队二队 221000，

国家自然科学基金项目（51478462）

宋朝辉，西部战区空军军事设施建设处