高应变率下新型纤维砂浆动态劈拉特性

混凝土常遇到动荷载工况，如机电设备、道路桥梁和机场跑道等结构的动力冲击效应.由于聚乙烯醇(PVA)性能优越，对PVA纤维水泥基复合材料的动态抗拉力学性能研究已成为近期热点.如Yang等[1]基于美国MTS材料测试系统进行了PVA纤维水泥基材料拉伸试验，研究表明超低应变率条件下，PVA纤维水泥基材料的抗拉强度随应变率增长而增加；Wang等[2]开展了超高速弹射冲击速度下PVA纤维水泥基材料的拉伸强度试验，提出动力增长因子与应变率存在正相关效应；黄政宇等[3]进行钢纤维活性粉末混凝土动态拉伸试验，分析了钢纤维活性粉末混凝土的应变率效应；杨惠贤等[4]研究混合纤维增强水泥基材料动力拉伸特性，结果表明PVA纤维的应变率效应对材料耗能能力的影响比钢纤维更强.

超高分子聚乙烯(UHMWPE)纤维是新型超高性能制造工业用材料，其弹性模量和强度均远高于PVA纤维.目前对于适量掺加UHMWPE纤维的水泥基材料的动态劈拉效应与能量耗散研究尚未见报道，而且尽管对纤维水泥基材料的动态劈拉性能研究有很多，且结论基本一致，但其理论分析仍不够系统，有待进一步完善.

为此，本文采用分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击装置，针对UHMWPE纤维砂浆、PVA(Ⅰ型和Ⅱ型)纤维砂浆进行动态劈拉试验，获取不同应变率下各类纤维砂浆的动态劈拉效果；并以纤维砂浆劈拉强度和能量耗散为特性指标，同时结合纤维砂浆破坏形态，评价上述纤维砂浆抗劈拉能力的优劣，分析应变率对纤维砂浆劈拉强度、动力强度增长因子及动力耗散能的影响.

1 试验

1.1 试验材料

海螺牌P·O 42.5水泥；天然河砂，细度模数2.8；自来水；UHMWPE纤维、Ⅰ型(中国产)PVA和Ⅱ型(日本产)PVA纤维，各纤维物理参数见表1.

 

表1 纤维物理参数

 

Table 1 Fiber physical parameters

  

FibertypeLength/mmDensity/(g·cm-3)Diameter/μmElasticmodulus/GPaTensilestrength/GPaBreakingelongation/%UHMWPE120.9125121.03.12.03.2PVA-Ⅰ121.302937.21.36.2PVA-Ⅱ121.303942.81.67.0

1.2 试验配合比

各组砂浆试件配合比m(水)∶m(水泥)∶m(砂)=1∶2∶4，其中，水的掺量为230kg/m3.A组为素砂浆试件，B，C，D组分别为等量掺加1.8kg/m3 的UHMWPE、 Ⅰ 型PVA、 Ⅱ 型PVA纤维的砂浆试件.

1.3 试验工况

每组砂浆试件的静态劈拉试验均重复5次；动态试验仅考虑冲击气压的变化，各组砂浆试件的冲击气压分别采用0.20，0.25，0.30，0.35，0.40MPa，其他影响因素在试验过程中保持不变，重复5次冲击试验.

2 试验原理

2.1 静态劈拉试验

式中：F为动态试验的冲击荷载；L为试件厚度；D为试件直径；y0为应变片(图1中的小矩形)中心到施加冲击荷载点的距离.

Developmental characteristics and cause analysis of Karst collapse in Qiancuo village, Taoyuan town,

在资源能力方面，有形资源和无形资源的权重依次为0.667、0.333，说明有形资源能力影响效果较大，无形资源影响效果略微；在管理能力方面，资源协调与经营管理具有相同的权重，说明其影响效果相同；在技术能力方面，核心技术水平与技术创新能力的权重依次为0.667、0.333，说明核心技术水平具有更大的影响力；在运营能力方面，市场营销与产品服务的权重依次为0.333、0.667，说明产品服务能力具有更高的影响力。

  

图1 静态劈拉试验原理Fig.1 Principle of statical splitting tensile test

基于弹性理论，静态条件下对径压缩的巴西圆盘试件拉、压应力σx，σy分别为[6]：

 

(1)

使用万能试验机进行静态巴西圆盘试验.根据ASTM规范[5]建议，圆盘状试件尺寸为φ74×37mm，其原理如图1所示.

由此得出，圆盘圆心处的拉、压应力分别为：

 

(2)

由式(2)可知，圆盘圆心处的压应力是拉应力的3倍.

由于水泥基材料抗拉强度通常是其抗压强度的1/20～1/10，故可认为，劈拉试件受到法向受拉破坏时，试验得到的σx即为试件抗拉强度.

各组砂浆试件静态劈拉应力-应变曲线如图2所示.A，B，C，D组砂浆试件达到破坏所需时间分别为71.7，102.9，83.4，88.5s，与此对应的应变分别为205×10-6，308×10-6，251×10-6，270×10-6.由此可知，各组砂浆试件应变率均近似为3×10-6 s-1，故文中将此值取为试件的静态应变率.

采用直径74mm的分离式变截面霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行砂浆试件动态劈拉试验.试件沿径向夹在入射杆与透射杆之间.为保证与SHPB试验压杆尺寸一致，将试件直径取为74mm.参照ASTM规范[5]建议，圆盘状试件厚度为37mm； 整形紫铜片直径为20mm，厚度为1mm；子弹直径为37mm，长度为600mm；装弹长度为1800mm. SHPB装置劈拉试验示意图如图3所示.

  

图2 各组砂浆试件静态应力-应变曲线Fig.2 Static stress-strain curves of each group mortar specimen

2.2 动态劈拉试验

嘉靖五年，《宰辅年表》将杨一清排名于费宏前，有误，理由见前文。《宰辅年表》出现错误的原因在于遗漏了费宏担任过吏部尚书兼谨身殿大学士。

由图3可见，试验装置通过控制气压使子弹以不同冲击速度冲击入射杆，应力波传递至试件后，一部分反射回入射杆，另一部分则沿透射杆继续传播.采用SHPB试验获取的入射波、反射波及透射波时程图如图4所示.

  

图3 SHPB装置劈拉试验示意图Fig.3 SHPB splitting tensile schematic diagram(size:mm)

  

图4 SHPB试验获取的3波时程图Fig.4 SHPB test three waves time history chart

Gomez等[7]研究表明，砂浆试件劈拉强度σt可由式(3)表示：

 

(3)

式中：εt,max为透射杆上最大应变；Ft,max为透射杆上最大冲击荷载；A，E分别为透射杆的横截面积和弹性模量.

3)中速暖机结束，检查胀差、振动、汽缸温度等各参数无异常，高压内缸内壁温度大于200 ℃，汽缸热膨胀大于5 mm。选择升速率100 r/min2，机组过临界升速率自动变化为400 r/min2，升速至2000 r/min，高速暖机60 min。

(4)砂浆静动态统一拟合公式能很好地模拟砂浆劈拉强度的冲击率效应关系.

 

(4)

式中：Es为试件拉伸弹性模量；t为透射波从起始至最大值的时间.

3 试验结果与分析

3.1 砂浆试件破坏形态

3.1.1 静态破坏

乔瞧抱着树，直往下滑，眼看要到地面，手一松，跳到了地上。秀容月明眼都看直了，这个乔瞧，不知吃了多少桑枣，满嘴乌黑，脚踩在烂泥里，全脏了。

转眼就是新世纪。姥爷很快就退休了，这时他体会到去偏僻的农村收钱也变得很不容易了。随着“收藏热”渐渐兴起，一波波古董商来了又走，已经把乡村的古物“掏空”了。而且农村也发生了巨变，传媒的宣传以及思想观念的转变使村民们认识到他们手中古钱币的价值，不再轻易卖出。姥爷也有了收集的新途径：上网购买或是游遍更多地方的古玩市场。

各组砂浆试件静态劈拉破坏形态如图5所示.由图5可知，纤维砂浆试件B，C，D的裂缝宽度均明显小于素砂浆试件A，其中试件B的裂缝宽度最小.静态破坏宏观机理是由于纤维桥接作用有效限制了裂缝扩展：UHMWPE纤维弹性模量和抗拉强度均高于PVA纤维，故其桥连作用优于后者；Ⅱ 型PVA纤维表面经过特殊处理(醛化处理)，降低了纤维束之间的黏结强度，提高了纤维在砂浆搅拌制备过程中的分散均匀性，也能显著改善纤维与砂浆基质接触薄弱区域，故其限制裂缝扩展的效果优于 Ⅰ 型PVA.

  

图5 各组砂浆试件静态劈拉破坏形态Fig.5 Static split tensile failure mode of each group mortar specimen

3.1.2 动态破坏

砂浆试件动态劈拉破坏形态如图6所示，其中右下角的数值为应变率，单位为s-1.

由图6可见，各组砂浆试件动态破坏均由中心裂缝引起，沿加载方向劈裂；各组砂浆试件的破裂程度均随应变率的增加而增加；各组砂浆试件加载两端均有三角形区域的局部崩裂破坏，这是由于砂浆试件在中心裂缝贯通前，断面承受应力大于抗压强度时，试件两端面就会出现局部破碎；试件B破坏模式主要以中心裂缝为主，并能保持相对完整性；Ⅱ型PVA砂浆破坏程度小于Ⅰ型PVA纤维砂浆.

  

图6 各组砂浆试件动态劈拉破坏形态Fig.6 Dynamic split tensile failure mode of each group mortar specimen

在0.35MPa冲击气压下，各组纤维砂浆试件断面破坏形态如图7所示.由图7可见，UHMWPE纤维砂浆试件断裂面几乎没有裂缝，而PVA纤维砂浆试件出现了明显裂缝.结合表1可知，UHMWPE纤维弹性模量和抗拉强度指标均高于PVA纤维，而断裂伸长率小于PVA纤维，由此可证实弹性模量和抗拉强度对砂浆试件的限裂阻裂具有重要影响，断裂伸长率则不是关键因素[9].综上可知，UHMWPE纤维阻裂能力明显优于PVA纤维，Ⅱ型PVA纤维优于Ⅰ型PVA纤维.

  

图7 各组纤维砂浆试件断裂面破坏形态Fig.7 Failure modes of fracture surface of each group fiber mortar specimen

3.2 砂浆试件劈拉强度分析

各组砂浆试件动态性能参数如表2所示.

在邹某某雇员受害案例中，雇主作为一种转承责任，应该承担赔偿责任，因此，雇主孙某某应该承担赔偿责任，在司法实践中，第一种意见不能适用。对于第二种、第三种分歧意见辩驳的实质问题就是雇主与侵权第三人承担责任的性质。

 

表2 不同应变率下各组砂浆试件性能参数

 

Table 2 Performance parameters of mortar specimens under different strain rates

  

SpecimenNo.Strainrate/s-1Dynamicsplittingtensilestrength/MPaStaticsplittingtensilestrength/MPaStaticelasticmodulus/GPaDynamicincreasingfatorA7.39.824.2518.12.3115.712.652.9824.915.093.5537.817.364.0856.519.274.53B6.611.854.5215.92.6214.214.873.2922.717.583.8935.120.044.4353.222.324.94C7.010.734.3417.32.4715.513.653.1424.116.023.6936.718.454.2555.420.374.69D6.811.244.4116.52.5514.914.253.2323.616.833.8236.219.374.3954.621.264.82

[2] WANG S S,NAM LE H T,POH L H,et al.Resistance of high-performance fiber-performance fiber-reinforced cement composites against high-velocity projectile impact [J].International Journal of Impact Engineering,2016,95(1):89-104.

3.3 劈拉强度与应变率关系

由图10可以看出，各组砂浆试件最大耗散能随应变率增加呈非线性增长，UHWMPE纤维砂浆Ws,max最大.这是由于UHWMPE纤维的弹性模量和抗拉强度较PVA纤维高，故掺入砂浆后其基体能量耗散能力显著增强，其中掺1.8kg/m3 UHMWPE纤维的砂浆试件最大耗散能Ws,max的阈值较素砂浆试件大约增加15%；Ⅱ型PVA纤维的弹性模量和抗拉强度略高于Ⅰ型PVA纤维，且Ⅱ型PVA纤维表面经过特殊化处理，与水泥基质间的黏结力得以增强，因而Ⅱ型PVA纤维砂浆的能量耗散要优于Ⅰ型PVA纤维砂浆.当应变率超过50s-1后，各组砂浆试件最大耗散能则趋于平缓且不再增加，这是由于高应变率下裂缝迅速贯穿试件，纤维此时已被拉断或与水泥基质脱离，无法继续吸收能量.

 

(5)

式(5)形式复杂、存在分段点且物理意义不够明确.结合前述试验结果，本文提出了基于应变率效应的静动态统一劈拉强度σ的拟合公式，如式(6)所示：

 

(6)

式中：为静态劈拉应变率，取均为待定系数.

对各组砂浆试件进行拟合，拟合曲线如图8所示，拟合参数如表3所示.

由图8可知，本文提出的经验公式可以很好地模拟各组砂浆试件劈拉强度与应变率之间的关系.由式(6)可知，砂浆试件的劈拉强度由静态项和率型增强项组成.由表3可知，参数p接近砂浆的静态抗压强度，在静态条件下，由于应变率变化很小，此时试件劈拉强度取决于静态抗拉强度；参数q表示随应变率增加的抗拉强度增幅程度；UHWMPE纤维砂浆试件强度与冲击应变率呈强正相关关系，验证了UHWMPE纤维的增强和阻裂效果最理想；参数r表征各组砂浆试件强度率型效应程度，其中UHWMPE纤维砂浆的率型效应最弱.

  

图8 各组砂浆试件劈拉强度与应变率的关系Fig.8 Relationship between tensile strength and strain rate of motar specimens

 

表3 各组砂浆试件拟合参数结果

 

Table 3 Results of mortar specimens fitting parameters

  

SpecimenNo.pqrA4.180.00650.46B4.460.01800.41C4.280.01200.43D4.340.01500.42

3.4 能量耗散

采用能量原理分析动态劈拉过程中砂浆的力学性能.定义输入波Wi(t)，反射波Wr(t)及透射波Wt(t) 能量分别如式(7)～(9)所示[12]：

利用CaO与CO2反应吸附脱除CO2以及CaCO3分解为CaO与CO2的钙循环过程，不仅普遍适用于烟气脱碳（如燃烧后钙基循环脱碳[3]），还可用于化学化工过程（如乙酸重整反应吸附强化制氢[4-5]）。CaO不仅具有较高的CO2摩尔吸附容量（理论上为0.786 g CO2/gCaO），而且广泛存在于天然石灰石中，其脱碳成本较低，具有极大的经济优势[6]。因此充分了解CaO基CO2吸附剂的吸附与释放机理，对提高CO2吸附剂重复循环使用，降低钙循环脱碳技术成本，具有重要的科研价值与实际意义[7]。

Wi(t)=EACεi2(t)

(7)

Wr(t)=EACεr2(t)

(8)

Wt(t)=EACεt2(t)

(9)

式中：C为波速，m/s；εi，εr，εt分别为输入波、反射波及透射波的脉冲应变.

三种预测情景对应着不同的政策选择，到底选择哪种预测情景下的政策方案取决于三种预测情景出现的概率大小。笔者结合问卷调研及上述上海市住房金融风险临界点评估，预判：中性情景预测出现的概率为70%，乐观情景预测出现的概率为20%，悲观情景预测概率低于10%。如图24所示。因此，笔者建议防范新时代上海市住房金融风险方案应当依据中性情景预测并且结合乐观情景预测制定，忽略或者放弃悲观情景预测结果。

由能量守恒原理，能量耗散Ws(t)可由式(10)得到：

Ws(t)=Wi(t)-Wr(t)-Wt(t)

(10)

分析动态试验的力学性能时，Ws(t)可与材料的损伤联系起来.最大耗散能Ws,max是指Ws(t)趋于稳定时所对应的数值.研究Ws,max与应变率的关系可有效反映水泥基材料在不同冲击气压下的动态破坏过程.0.25MPa冲击气压下，各组砂浆试件Ws(t) 时程曲线如图9所示，各组砂浆试件最大耗散能与应变率之间关系如图10所示.

综上所述，视野检测SAP10-2程序比SAP24-2程序对极早期青光眼视野损害的检出更敏感，且这类视野损伤多出现于上方，鼻侧颞侧无明显差别。

由图9可知，各组砂浆试件的峰值耗散能均表现出相同劈拉破坏阈值时间段，即初始段(a段，0～40μs)，试件劈拉处于压实阶段，尚未体现出损伤效应；累积段(b段，40～270μs)，不同类型试件耗散能随时间基本呈线性增长，且UHMWPE砂浆试件的耗散能较其他各组砂浆试件高；稳定段(c段，270μs以后)，试件已进入破坏状态，表明峰值耗散能量已稳定且不再增长.上述3个阶段特征对应前述破坏形态，表明无论是否掺纤维，砂浆的动态劈拉耗能历时差异均较小，反映出纤维只对改善砂浆破坏形态有效，而对阻止裂缝尖端开度影响不大.

  

图9 不同应变率下各组砂浆试件Ws(t)时程曲线Fig.9 Ws(t) time history curves of mortar specimens under different strain rates

  

图10 各组砂浆试件应变率与最大耗散能关系Fig.10 Relationship between strain rate and maximum dissipation energy of each group mortar specimen

纤维砂浆动态增长因子(DIF， dynamic increase factor)由动态劈拉强度σd与静态劈拉强度σs的比值来表征，即DIF=σd/σs.已有研究用分段函数来表示应变率与动态劈拉强度的关系，如Zhou等[11]通过试验提出水泥基类材料的动态增长因子DIF的表达式，如式(5)所示：

综上可知，各组砂浆试件施加抗拉能力随Ws,max增加而提高，这与强度及破坏形态的试验规律一致，也从另一角度验证了本文试验结果的可信性.

4 结论

(1)冲击荷载下UHMWPE纤维砂浆抗拉性能最优，Ⅱ型PVA纤维砂浆次之，Ⅰ型PVA纤维砂浆最差，但仍优于素砂浆.

(2)纤维砂浆动态劈拉强度、动态增长因子和耗散能均随应变率增大而非线性增加，但存在增幅显著衰减阈值.

(3)UHMWPE纤维砂浆动态劈拉强度最大，较素砂浆最大提高约20.6%；当UHMWPE纤维掺量为1.8kg/m3时，其最大耗散能Ws,max的阈值比素砂浆增加15%左右.

被打傻的何东这时意识恢复，哭了，跟窦娥被平反时候的感觉一样，仿佛有一肚子说不尽的委屈，实则是一种放松。

水泥基材料动态劈拉应变为：

参考文献：

[1] YANG E H,LI V C.Strain-rate effects on the tensile behavior of strain-hardening cementitious composites [J].Construction and Building Materials,2014,52(1):96-104.

由表2可知，各组砂浆试件动态劈拉强度均随应变率增加而提高，但UHMWPE纤维砂浆试件劈拉强度始终最大，相比素砂浆试件，UHMWPE纤维砂浆试件的劈拉强度最大可提高20.6%左右.原因是在冲击荷载下，试件内部应力上升时间很短，材料变形缓冲小，在力学性能上表现出黏性机制，只能通过增加应力的途径来抵消外部能量，从而使材料的强度提高[10]；随着应变率的增加，试件由二维应力状态向应变状态转换，尤其是中间部分的侧向变形由于惯性作用而受到限制，材料近似处于围压状态，故增加了试件的破坏应力.而纤维桥接作用既能改变且延长试件的裂缝开展路径，又能增加侧向约束，故能有效延缓裂缝扩展速率进而提高试件韧性.

[3] 黄政宇,秦联伟,肖岩,等.级配钢纤维活性粉末混凝土的动态拉伸性能的试验研究[J].铁道科学与工程学报，2007,4(4):34-40.

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[5] ASTM D3967—08 Standard test method for splitting tensile strength of intact rock core specimens[S].

卫生器具在安装上的关键在于排水配件质量的好坏。与此同时，卫生器具和其他的配件在安装过程中存在着的问题就是安装的尺寸和规定是不相符合的，而且，坐便器在进行排水口安装的时候也没有依据规定进行[1]。除此之外，对卫生器具进行电位连接的时候，只是进行接地线的安装。但是，局部在进行电位连接的时候并不是完善的，穿钢管进行电位连接的敷设的这一现象时常的发生，在卫生间的管道和管道的金属支架以及穿楼板的金属套管中并没有实现电位连接。

[6] ROCCO C,GUINEA G V,PLANAS J,et al.Review of the splitting-test standards from a fracture mechanics points of view[J].Cement and Concrete Research,2001,31(1):73-82.

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采用SPSS 20.0统计学软件对数据进行处理，计数资料采用x2检验，计量资料采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义[3] 。

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