UHMWPE纤维混凝土动态压缩力学性能研究

UHMWPE纤维混凝土动态压缩力学性能研究

张玉武;晏麓晖;李凌锋

【摘要】试验研究了一种捻制超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强的新型纤维混凝土动态压缩力学性能.研制了4种纤维体积掺量(0.3％、0.5％、0.7％、1.0％)的C70等级纤维混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆进行冲击压缩试验,研究了纤维混凝土在140～255 s-1应变率下的动态压缩力学性能.试验结果表明:UHMWPE纤维混凝土抗压强度、峰值应变和弹性模量具有明显的应变率敏感性;纤维混凝土抗压强度应变率敏感性弱于素混凝土,但其弹性模量应变率敏感性强于素混凝土;动态强度增长因子与应变率对数呈线性关系,具体关系与纤维掺量相关.%The dynamic compressive mechanical properties of a new type of fiber reinforced concrete with twisted UHMWPE fiber were experimentally studied.The C70 high strength concrete with four different fiber volume fractions (0.3％、0.5％、0.7％、1.0％)was developed,and the impact compression experiment was conducted to study the dynamic compressive mechanical behaviors of fiber concrete under 140 ～255 s-1 with Φ100 mm split Hopkinson pressure bar.The experiment result shows the compressive strength,peak strain,and elastic modulus of the UHMWPE fiber concrete have significant strain rate sensitivity.The strain rate sensitivity of compressive strength of the UHMWPE fiber reinforced concrete is lower than that of the plain concrete,while the strain rate sensitivity of the elastic modulus of UHMWPE fiber reinforced concrete is higher than that of the plain concrete.The dynamic increase factor has linear relationship with logarithmic strain rate,which is influenced by the fiber volume fraction.

【期刊名称】《振动与冲击》

【年(卷),期】2017(036)008

【总页数】5页(P92-96)

【关键词】UHMWPE;纤维混凝土;动态压缩性能;动态强度;试验

【作者】张玉武;晏麓晖;李凌锋

【作者单位】国防科技大学指挥军官基础教育学院,长沙410072;诺丁汉大学工程学院,诺丁汉NG7 2RD;国防科技大学指挥军官基础教育学院,长沙410072;国防科技大学指挥军官基础教育学院,长沙410072

【正文语种】中文

【中图分类】TU528.572

纤维混凝土(FRC)是以水泥、水、砂、石等成分组成的素混凝土为基体，掺入乱向分布短纤维作为增强体而形成的复合材料[1]。学者对各类纤维(如玻璃纤维[2]、聚丙烯纤维[3]和钢纤维[4]等)增强混凝土的力学性能进行了广泛研究。研究表明，纤维混凝土较普通混凝土具有更优异的抗拉、阻裂特性和韧性，且性能的改善与纤维的强度、模量、在基体中的均匀分散性及其纤维和基体的界面特性密切相关，其中纤维自身的性能最为重要[5]。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是一种高强度、高模量、低密度、抗冲击性能优良的柔性防弹纤维，掺加于不含粗骨料的水泥净浆或砂浆中，复合材料的抗拉增强和增韧性能优良[6]。目前，仅朱林[7]研究了含有粗骨料UHMWPE纤维混凝土的静态力学性能和抗侵彻性能，发现UHMWPE纤维混凝土性能优于同纤维掺量的钢纤维和聚丙烯纤维混凝土。

随着地震、飓风等自然灾害以及高速撞击和爆炸恐怖袭击等威胁的增加，现代混凝土工程设施不仅要考虑常规荷载，还需考虑偶然强冲击作用。近年来，高应变率下混凝土动态力学性能受到了越来越多关注。不同强度混凝土动态性能研究表明[8]，混凝土的抗拉强度和抗压强度随应变率增加而提高，纤维混凝土也表现了同样的应变率效应，但还未见关于UHMWPE纤维混凝动态力学性能的研究报道。本文在

文献[7]基础上，研究了捻制UHMWPE纤维增强混凝土的动态压缩力学性能。基

于C70强度等级混凝土，研制了4种纤维体积掺量纤维混凝土，利用Φ100 mm

分离式Hopkinson压杆(SHPB)，考虑四种加载应变率进行冲击试验，结合高速相机获得了动态压缩性能和破坏过程，研究了纤维掺量和应变率对纤维混凝土动态强度增长因子(DIF)、峰值应变和弹性模量的影响变化规律。

1.1 原材料及配合比设计

原材料：纤维为湖南中泰特种装备有限责任公司生产的ZTX99-400D加捻UHMWPE纤维(每束由400根单丝捻制而成)，单束纤维具体物化性能指标见表1；杭州南方42.5R级普通硅酸盐水泥；粒径5～10 mm连续级配碎石；细度模数

2.5，表观密度2.68 g/cm3的湘江中等河砂；湖南博赛特建材公司生产的微硅灰(SiO2含量不低于95%，粒径0.1～0.3 m)；湖南金华达建材公司早强高效萘系减水剂，减水率26.5%；普通自来水。

按照C70等级高强混凝土设计制备素混凝土和体积掺量分别为0.3%、0.5%、

0.7%、1.0%4种UHMWPE纤维混凝土。基体混凝土配合比设计参数为：水胶比0.326，砂率40%，高效减水剂掺量1.6%，微硅灰9.5%，具体配合比参数见表2。四种纤维混凝土的纤维掺量分别为0 kg/m3、2.91 kg/m3、4.85 kg/m3、6.79 kg/m3、9.70 kg/m3。

1.2 试件制备

为避免纤维缠绕、结团导致混凝土内部形成大缺陷，参考文献[6,9]，通过试制研