低溫混凝土沖擊壓縮實驗設計探究

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1試件尺寸的選擇及模具的設計與制作

1．1試件尺寸的選擇

混凝土是由粗細骨料、膠凝材料、水、外加劑及摻和料組成的人造混合材料。由于混凝土材料的特殊性，研究其在強沖擊荷載作用下的動態(tài)力學性能通常采用大直徑SHPB實驗裝置。本試驗采用安徽理工大學Φ74mm直椎變截面SHPB。通過查找相關(guān)文獻，利用大直徑SHPB實驗裝置研究材料的動態(tài)力學性能，試件的長徑比宜為L／D＝0．4～1［3－4］。本實驗選用試件尺寸為Φ74mm×37mm。

1．2模具的設計與制作

由于混凝土拌合物狀態(tài)的可塑性，硬化后強度繼續(xù)發(fā)展。通過查找相關(guān)文獻，利用Φ75mmSHPB試驗裝置進行混凝土力學性能研究試件的制作采用鉆機取芯的方法，要求鉆頭的尺寸和試件尺寸一致，成本較高。為保證試件尺寸的統(tǒng)一，自行設計兩片式定型組合鋼模。

2低溫混凝土配比設計

低溫混凝土的力學性能與常溫混凝土相比有很大的不同，其性能受很多因素的影響，主要有原材料的物理性質(zhì)（如水泥的品種、骨料的種類、級配等）、配合比、含水量、養(yǎng)護條件等?？紤]到低溫混凝土材料實驗的統(tǒng)一性，進行了C30、C40、C50三個強度不同強度等級，4個低溫養(yǎng)護條件的混凝土配合比設計。

2．1原材料的基本物理性質(zhì)

該試驗拌制混凝土所用材料有水泥、砂、石、水和早強型防凍劑。其中水泥采用淮南市八公山水泥廠的42．5級P．O；砂：河砂，細度模數(shù)為2．7，顆粒級配良好，含水為5．5％；粗骨料：人工碎石（瓜子片）（公稱粒徑5～15mm，連續(xù)級配），含水1％；水：自來水；外加劑：CN－3早強型防凍劑（其摻量以水泥質(zhì)量的百分比計算）。以上材料質(zhì)量均符合國家相關(guān)標準規(guī)定。

2．2配合比設計

分別進行了C30、C40、50三個強度等級混凝土的配合比設計?；炷恋陌韬衔餇顟B(tài)的和易性及其強度均符合設計要求。按確定的配合比稱量材料，其中材料的計量誤差均符合有關(guān)規(guī)定，機械攪拌，裝入設計模具，確?；炷恋娜肽囟?，機械振搗密實，制作試塊。

3試塊制作與低溫養(yǎng)護制度

混凝土的低溫養(yǎng)護條件有恒負溫養(yǎng)護和變負溫養(yǎng)護。根據(jù)現(xiàn)有實驗室條件，選擇了標準養(yǎng)護（標準養(yǎng)護箱）和恒負溫養(yǎng)護（其中養(yǎng)護溫度有0℃、－5℃、－10℃和－15℃?；炷猎噳K制作成型后，低溫養(yǎng)護24h后拆模，然后放入恒溫恒濕養(yǎng)護箱進行負溫養(yǎng)護，其中低溫箱的溫度控制為－30℃～＋30℃，溫度測試精度為±1℃。養(yǎng)護至規(guī)定齡期。把試件取出用電動打磨機進行兩端面的打磨（確保試塊兩端面的平整，使試塊兩端面的不平整度控制在0．02mm以內(nèi)）。然后繼續(xù)放入相應低溫養(yǎng)護箱養(yǎng)護24h后取出進行沖擊實驗。

4沖擊實驗設計

沖擊試驗時低溫環(huán)境的保障：低溫環(huán)境條件下混凝土的力學性能要求混凝土試件的溫度以及周圍環(huán)境的溫度在試驗過程中保持恒定。由于混凝土是熱惰性材料，在試驗過程中將試件和空氣接觸部分用石棉包住，從而盡可能得減少混凝土試件內(nèi)部的熱損失，確?；炷猎嚰３衷谙鄬Ψ忾]的低溫環(huán)境中，從而實現(xiàn)實驗過程中溫度保持在有效范圍。我們對石棉內(nèi)試塊的溫度進行了測量，能滿足試驗所需要的溫度精度要求。本實驗主要研究低溫混凝土在不同低溫養(yǎng)護條件下相同實驗條件下的溫度效應和應變率效應。在Φ74mmSHPB直椎變截面鋼桿系統(tǒng)上，分別對C30、C40和C50三個強度等級，五個養(yǎng)護條件（標準養(yǎng)護、0℃、－5℃、－10℃和－15℃）共180個試塊進行沖擊壓縮實驗。由于動態(tài)實驗離散性大，為了確保實驗結(jié)果的重復性，同強度等級同一養(yǎng)護條件下的混凝土試塊，分別進行4沖擊氣壓，每個氣壓3個試塊進行沖擊實驗，從而研究低溫混凝土的動態(tài)沖擊壓縮力學特性。低溫混凝土的材料組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、養(yǎng)護條件等有其自己的特點，其力學性能也和普通混凝土都很大的不同。利用安徽理工大學Ф74直椎變截面SHPB鋼桿系統(tǒng)研究低溫混凝土在沖擊荷載作用下的動態(tài)力學性能，分別從試件尺寸的選擇、模具的設計制作、低溫混凝土配合比設計、低溫養(yǎng)護方案以及沖擊實驗設計等幾個方面進行了實驗設計，為下一步研究低溫混凝土沖擊壓縮動態(tài)力學性能提供較好的保障。

作者：陳文峰 單位：淮南職業(yè)技術(shù)學院工程管理系