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。通過查找相關文獻，利用大直徑SHPB實驗裝置研究材料的動態力學性能，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的可塑性，硬化后強度繼續發展。通過查找相關文獻，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一，自行設計兩片式定型組合鋼模。
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（如水泥的品種、骨料的種類、級配等）、配合比、含水量、養護條件等。考慮到低溫混凝土材料實驗的統一性，進行了C30、C40、C50三個強度不同強度等級，4個低溫養護條件的混凝土配合比設計。
2．1原材料的基本物理性質
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（其摻量以水泥質量的百分比計算）。以上材料質量均符合國家相關標準規定。
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。混凝土的拌合物狀態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規定，機械攪拌，裝入設計模具，確保混凝土的入模溫度，機械振搗密實，制作試塊。
3試塊制作與低溫養護制度
混凝土的低溫養護條件有恒負溫養護和變負溫養護。根據現有實驗室條件，選擇了標準養護（標準養護箱）和恒負溫養護（其中養護溫度有0℃、－5℃、－10℃和－15℃。混凝土試塊制作成型后，低溫養護24h后拆模，然后放入恒溫恒濕養護箱進行負溫養護，其中低溫箱的溫度控制為－30℃～＋30℃，溫度測試精度為±1℃。養護至規定齡期。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）。然后繼續放入相應低溫養護箱養護24h后取出進行沖擊實驗。
4沖擊實驗設計
沖擊試驗時低溫環境的保障：低溫環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部的熱損失，確保混凝土試件保持在相對封閉的低溫環境中，從而實現實驗過程中溫度保持在有效范圍。我們對石棉內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上，分別對C30、C40和C50三個強度等級，五個養護條件（標準養護、0℃、－5℃、－10℃和－15℃）共180個試塊進行沖擊壓縮實驗。由于動態實驗離散性大，為了確保實驗結果的重復性，同強度等級同一養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沖擊壓縮力學特性。低溫混凝土的材料組成、內部結構、養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鋼桿系統研究低溫混凝土在沖擊荷載作用下的動態力學性能，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力學性能提供較好的保障。
作者：陳文峰 單位：淮南職業技術學院工程管理系
