温度对地质聚合物混凝土吸能特性的影响研究.pdf

2 0 1 3年 第 3期 ( 总 第 2 8 1期 ) 混 凝 土 Nu mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o t a l N o 2 8 1 ) Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 3 0 0 3 温度对地质聚合物混凝土吸能特性的影响研究 高志刚 ，许金余 1 , 2 ，白二雷 ( 1 空军工程大学 机场建筑工程系 ，陕西 西安 7 1 0 0 3 8 ；2 西北工业大学 力学与土木建筑学院，陕西 西安 7 1 0 0 7 2 ) 摘要 ： 采用 自主研制的高温 S H P B试验系统， 对高温条件下地质聚合物混凝土的能量吸收特性进行了试验研究 。 采用厚度为 1 0 mm， 直径为 3 O 、 3 5 、 4 0 、 4 5 、 5 0 mm的铝片作为波形整形器， 保证了试验结果的有效性。 结果表明： 2 0 0 、 6 0 0时 ， 地质聚合物混 凝土的吸能特性较常温可分别提高 3 0 和 5 6 ， 而 4 0 0 、 8 0 0时的吸能特性低于常温， 8 0 0 降低尤为明显。 地质聚合物混凝土的 比能量吸收随应变率与冲击压缩强度的增加而增加 ， 且近似呈线性关系。 高温下 ， 在 6 0 1 3 0 S 的应变率范围内， 地质聚合物混凝 土的破坏形态均呈现留芯破坏一 碎裂破坏一 粉碎破坏的变化规律 ， 且破坏程度弱于常温。 关键词 ： 地质聚合物混凝土；高温；比能量吸收；破坏形态 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 1 0 0 4 E ffe c t o f t e mp e r a t u r e on t h e e n e r g y a b s o r p t i o n p r o p e r t y o f g e o p o l y m e r i c c on c r e t e GAOZh i - ga n g ， XU J i n- yu1 ,2 BAIEr - l e i ( 1 D e p a r t m e n t o f A i r f i e l da n dB u i l d i n g E n g i n e e r i n g ， A i r F o r c e E n gi n e e ri n g U n i v e r s i t y ， X i a n 7 1 0 0 3 8 ， C h i n a ； 2 Co l l e g e o f Me c h ani c s andCi v i l Ar c h i t e c t u r e ， No r t h we s t P o l y t e c h n i cUn i v e r s i ty， Xi a n 7 1 0 0 7 2， Ch i n a ) A b s t r a c t ： T h e e n e r g y a b s o r p t i o n p r o p e r t y o f g e o p o l y me r i c c o n c r e t e ( G C ) a t e l e v a t e d t e mp e r a t u r e wa s i n v e s t i g a t e d u s i n g s e l f - d e s i g n e d h i g h t e mp e r a t u r e S HPB s y s t e m Al u mi n u m p u l s e s h a pe r s o fl mm t h i c k n e s s a n d 3 0， 35， 4 0， 45an d 5 0mm d i a me t e rwe r e d e s i gn e dt o e n s u r et he v a l i d i ty o f t e s t r e s u l t s T h e r e s u l t s s h o we d t h a t at 2 0 0 a n d 6 0 0 ， r e s p e c t i v e l y ， t h e e n e r gy a b s o r p t i o n p r o p e r t y o f g e o p o l y me r i c c o n c r e t e i n c r e a s e d b y 3 0 a n d 5 6 c o mp a r e d t o r o o m t e mp e r a t u r e J 3 u t i t wa s l o we r than r o o m t e mp e r a t u r e at 4 0 0 an d 8 0 0 e s p e c i a l l y at 8 0 0 T h e e n e r g ya b s o rpt i o np r o p e r t y ( S E A)i n c r e a s e d wi t h s t r a i nr a t e a n d i mp a c t c o mp r e s s i v e s tr e n g t h ， r e s p e c t i v e l y ， b y l i n e a r a p p r o x i ma t i o n At t h e s t r a i n r a t e r an g e o f 6 0 -1 3 0 S ， t he da ma ge f o r ms o f ge o po l y me r i c c o n c r e t e at e l e v a t e d t e mpe r a t u r e b oth a p p e a r e d c o r e r e s e r v e d， fra g me n t an d s ma s h And the d a ma g e form s we r e l e s s s e rio u s t h a n t h a t at r o o m t e mpe r a t u r e Ke y w or ds： g e o p o l y me ric c o n c r e t e； e l e v a t e d t e mp e r a t u r e； s pe c i fic e ne r gy a b s o r p t i o n； dam a ge f o r m 0 引 言 近年来 ， 随着地震 、 火灾等灾害的频繁发生 ， 以及特种 工程( 如核反应堆工程 、 航空航天工程等 ) 对材料在高温、 高 应变率等条件下力学性能的更高要求 ， 极端条件下工程材料 的力学特 生 及其变化规律的研究正变得愈加重要和紧迫 。 地质聚合物混凝土( G C ) 是近 3 0 年来发展起来 的一种新型 无机硅酸盐材料 ， 较之普通硅酸盐水泥混凝土具有更高的强 度、 韧性 、 高温稳定性等特性 。 L _YK o n g 等 7 1研究了温度对 地质聚合物混凝土的影响， 表明高温下混凝土强度的损失 主要是由于地质聚合物和骨料的热不相容性。 王晴等罔 研究 了无机矿物聚合物混凝土的高温力学性能， 结果表明偏高 岭土含量的不同对无机矿物聚合物混凝土高温下的抗压强 度有着很大影 响， 偏高岭土 占胶凝材料 固相的百分含量为 2 0 时， 无机矿物聚合物混凝土的高温性能较好。 空军工程 大学许金余等唧 研究了地质聚合物混凝土的冲击力学性能 ， 结果表明地质聚合物混凝土的冲击力学性能呈现出显著的 应变率相关I 生， 强度的应变率敏感值为4 2 7 8 - 1 0 人们对材料 力学性能 的研究大都集中在强度特性 ， 很大程度上忽视 了 材料与结构的能量吸收能力 。 本研究采用 自主研制的高温 S H P B试验系统 ， 对高温条件下地质聚合物混凝土的能量吸 收特陛进行了试验研究 ， 并对其进行环境效益分析。 1 高温 S HP B试验 1 1 原材料 原材料 ： 水 淬高炉矿渣 ( 比表 面积 为 4 9 1 6 m 2 k g ， 2 8 d 活性指数 9 5 ) ； I 级粉煤灰 ； 石灰岩碎石 ( 5 1 0 m m， 1 5 ； 1 0 2 0 i l n l ， 8 5 ) ； 中砂( 细度模数为 2 8 ) ； 化学纯氢氧化钠 片状固体 ( 纯度 9 7 ) 与液体硅酸钠 ( 模数 为 3 1 3 4 ， S i O 含量 2 6 O ， N a 2 0含量 8 2 ) 的混合溶液为碱激发剂。 其 中： 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 9 1 2 基金项 目：国家 自然科学基金项 目( 5 1 0 7 8 3 5 0 ) ； 国家 自 然科学基金项 目( 5 1 2 0 8 5 0 7 ) ； 陕西省 自然科学基金 ( 2 0 1 1 J M6 0 1 4 ) ； 学院科研创新基 金 ( XS 1 1 0 1 0 1 5 ) 1 0 芝 1j L 磐 枷 楹 羞 乙 L 赠 艇 童 Sq M a A 2 4 7 o s ss 9 4 6 8 6 s 7 。 o s 室温 A7 9 0 2 48 6 8 4 9 竺 s s o 酎 9 7 _，5 。 。 B 5 1 0 9 6 6 7 4 2 ， 。 ， 菇 1 0 2 9 4 。 。 C 5 J J 5 2 6 0 0 D2 ； 。743 s 。 。 9 3 9 6 00 n 一 E1 66 6 l 5 4 竺 s 宝 9 6s 三 4 o s J 2 2 破坏形 态 0 S EA I ( k J I m3 ) 1 7 4 31 7 3 93 5 5 7 6 5 8 7 3 O 78 5 47 1 6 1 0 8 4 0 1 07 7 1 49 3 41 9 5 6 6 71 1 98 9 1 21 9 6 0 3 8 7 7 1 0 5 5 l 26 8 I 5 7 2 9 7 2 7 6 38 3 5 7 5 7 3 2 - a S T高温下地质聚合物混凝土破坏 形态。 由图 9 1 0 一 篆 娈 泥 消 耗 石 灰 石 和 燃 料 所 等 S O 2 k g NO 10 g 是 由水泥生产造成 ，。 二 -二 ( ) 2 言这种数量极大 。每 生 产I t 甄 i ： 品 而 的 z ， 的 ， 和大约k k 褒 善 决 了废 渣 堆 放 占 地 、污 染 环 = 解 一霾 一 等 产 水 泥 相 比 ，所 造 成 的 各 种 南 亲 ， 以 上 ，而 能 耗 只 有 生 产 普 通 硅 酸 五 少 如 一 1 0 r n m , 蛐 # j 3 0 , 3 5 , 蝴 4 0, 4 5, 蝴 5 0 mm l a 笋 片 作 为 波 形 整 形 嵛 ， 头 现 了 试 验 讨 狸 由 、 匀 和 恒 应 变率加载。 “仳 1 什 垭力均 ( 2 ) 2 o 0 、 6 。 。时 ，地质聚合物混凝土的吸能特性较常 5。 4。 墓 s 。 篓 。 盛 l O 4结 论 本研究将混凝土材料 的氯离子 扩散系数离散为一组 随机变量 ， 利用泰勒级数展开式建立摄动随机有限元方程 ， 结合混凝土结构 的临界氯离子浓度 ， 建立混凝土结构服役 寿命分析极 限状态方程和可靠度分析方法 。 算例分析表明 本 文建 立的混凝土结构服役寿命可靠度分析方法具有较 高的计 算精度和效率 ， 同时发现 ， 混凝土结构 的服役 寿命 随保护层厚度 的增加而增加 ， 随混凝土氯离子扩散系数和 临界氯 离子浓度的变异系数的增大而减少 ， 此外 ， 选取合 适 的 目标可靠指标对混凝土结构服役寿命 的可靠度评估 具有重要影 响 参考 文献 ： 1 】 谢友均 ， 马昆林， 龙广成， 等 矿物掺合料对混凝土中氯离子渗 透性的影响f J 圭 酸盐学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 1 ) ： 1 3 4 5 1 3 5 0 2 】MI G UE L A C， GU I L L EM V， J E S US F L ， e t a L T e s t me t h o d f o r me a s u r - i n g c h l o r i d e d i f f u s i o n c o e f fi c i e n t s t h r o u g h n o n s a t u r a t e d c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 2 ( 3 2 ) ： 1 1 1 3 1 1 2 3 3 】T A NG L， J OO S T G O n t h e ma t h e ma t i c s o f t i me d e p e n d e n t a p p a r e n t c h l o ri d e d i f f u s i o n t o e f =f i e i e n t i n c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n 一 上接第 1 3页 2 ZHA NG J i ang - y u e ， YOG AN AND AN N， P I N T AR F A， e t a1E ff e c t s o f t i s s ue p r e s e r v a t i o n t e mp e r a t ur e o n h i g h s t r a i n- r a t e ma t e r i a l p r o p e r t i e s o f b r a i n J J o u r n a l o f B i o m e c h a n i e s ， 2 0 1 1 ( 4 4 ) ： 3 9 1 3 9 6 3 B ER KOV I C L， C HAB O T I E R A， C O GHE F， e t a 1 Me a s u r i n g a n d mo d e l i n g o f l o w t e mp e r a t me Ho p k i n s o n t e s t s l J 】P r o c e d i a E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 1 6 4 5 1 6 5 0 4 】P AN Z h u， S AN J AYA N J G， K ONG D L YE f f e c t o f a g g r e g a t e s i z e o n s p all i n g o f g e o p o l y me r a n d P o r t l a n d c e me n t c o n c r e t e s s u b j e c t e d t o e l e v a t e d t e mp e r a t u r e s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 1 2 ( 3 6 ) ： 3 6 5 3 7 2 5 】UE NG T H， L Y U S J ， CHU H W A d h e s i o n a t i n t e r f a c e o f g e o p o l y me r a n d c e me n t mo r t a r u n d e r c o mp r e s s i o n： A n e x p e r i me n t al s t u d y C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 2 ( 3 5 ) ： 2 0 4 2 1 0 6 HAB ER T G， D E S P I NO S E DE L AC AI L L E RI E J B， RO US S EL N An e n v i r o n me n t a l e v alu a t i o n o f g e o po l y me r b a s e d c o n c r e t e p r o d uc t i o n： r e v i e w i n g c u r r e n t r e s e a r c h t r e n d s jJ o u r n al o f C l e a n e r P r o d u c - c r e t e R e s e ar c h ， 2 0 0 7 ( 3 7 ) ： 5 8 9 5 9 5 【 4 】F UN ANS HI M P r e d i c t i o n c o r r o s i o n - fl e e s e rvi c e l i f e o f a c o n c r e t e s t ruc t u r e i n a c h l o ri d e e n v i r o n me n t j AC I Ma t e ri als J o u ma l ， 1 9 9 0 ， 8 7 ( 6 ) ： 5 8 1 5 8 7 【 5 S ER GI H， P A GE C D i ff u s i o n o f c h l o r i d e a n d h y d r o x y l i o n s i n e e me n t i t i o u s ma t e rials e x p o s e d t o a s a l i n e e n v i r o n me n t J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 2 ( 4 4 ) ： 6 3 6 9 【 6 】HAN S H I n f l u e n c e o f d i ff u s i o n c o e ffic i e n t o n c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e s t ruc t u r e J 1 C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i als ， 2 0 o 7 ( 2 1 ) ： 3 7 0 3 7 8 【 7 杨绿峰， 陈正， 王 ， 等 混凝土中氯离子二维扩散分析的边界 元法 J 1 硅酸盐学报 ， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 7 ) ： 1 1 1 0 1 1 1 7 【 8 李冉 ， 杨绿峰 ， 陈正 混凝土中氯离子扩散的二维有限元法数值 模拟 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 3 6 3 9 【 9 陈正 ， 杨绿峰 ， 冯庆革 ， 等 高性能混凝土的氯离子扩散及服役 寿命研究【 J 1 建筑材料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 2 ) ： 2 2 2 2 2 7 1 0 1 吴瑾 冈 筋混凝土结构锈蚀损伤检测与评估【 M 】 E 京： 科学出版 社 ， 2 0 0 5 I 1 1 阅 养杭 M o n t e C ar l o 法氯离子侵蚀下混凝土构件寿命预 U J I 华 侨大学学报： 自然科学版， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 4 ) ： 3 6 9 3 7 2 1 2 HI S AD A T， NAK AG I RI S R o l e o f t h e s t o c h a s t i c fi n i t e e l e me n t me t h o d i n s t ruc t u r a l s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y J P r o c 4 t h I n t C o n f o n S t r u e t S a f e t y a n d R e l i a b i l i t y K o b e ， J a p a n ， 1 9 8 5 ( 5 ) ： 2 1 3 - 2 1 9 1 3 MA RC I N K Ge n e r a l i z e d p e r t u r b a t i o n - b a s e d s t o c h a s t i c fi n i t e e l e m e n t m e t h o d i n e l a s t o s t a t i e s J C o m p u t e r s a n d S t ruc t u r e s ， 2 0 0 7 ( 8 5 ) ： 58 6 -5 9 4 作者简介： 葛若东( 1 9 6 1 一 ) ， 女 ， 副教授。 联系地址： 广西南宁市大学路 1 0 0号( 5 3 o o o 4 ) 联系电话： 1 3 4 7 1 1 9 6 9 9 1 t i o n ， 2 01 1 ( 1 9 ) ： 1 2 2 9 1 2 3 8 7 】K O N G D L Y， S A N J A Y A N J G E f f e c t o f e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s o n g e o p o l y me r p a s t e ， mo rt ar a n d c o n c r e t e 田 C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e ar c h ， 2 0 1 0 ( 4 0 ) ： 3 3 4 3 3 9 8 18 王晴， 刘磊， 吴昌鹏 高温作用下无机矿物聚合物混凝土的力学 性能研究l J I 混凝土 ， 2 O 0 7 ( 3 ) ： 6 9 7 1 【 9 许金余 ， 李为民， 范飞林 ， 等 地质 聚合物混凝土 的冲击力学性 能研究 J 振动与冲击 ， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 1 ) ： 4 6 5 0 【 1 O 】 余同希 ， 卢国兴 材料与结构的能量吸收 ： 耐撞Y 2 包装 安全防 护【 M 】 华云龙 ， 译 E 京 ： 化学工业出版社 ， 2 0 0 5 作者简介 ： 联 系地址 联 系电话 ： 高志N IJ ( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 博士研究生 ， 讲 师， 主要从事防护 工程结构、 工程施工技术研究。 陕西省西安市空军工程大学航空航天工程学院机场 建筑工程系( 7 1 0 0 3 8 ) 1 3 8 91 81 8 1 3 5 l 7