基于荷载作用下的机制砂喷射混凝土动力特性分析

2024-02-29张艺心

水利技术监督 2024年2期

张艺心

(中铁十八局集团有限公司，天津 300350)

随着我国基础建设的不断发展，越来越多的机制砂混凝土应用于相应的工程，对此学者们进行了大量的研究。范涛镛等[1]对机制混凝土开展了模型实验，实验结果表明：混凝土的强度较低时，在冲击荷载作用下混凝土的破坏呈现脆性破坏。薛艳杰[2]对隧道机制砂混凝土进行了实验，结果表明：水灰比对混凝土的强度影响较大，在机制砂混凝土的应用中应当注重水灰比。李德丰[3]结合机制砂混凝土的成分对混凝土的性能进行了研究，结果表明：低温条件下，石粉含量较高的机制砂混凝土更易受硫酸盐侵蚀破坏。邓斐等[4]通过气泡泡径对机制砂混凝土的性能进行了研究，结果表明：气泡泡径控制在一定范围内，混凝土的坍落度能够提高。陈迎周等[5]研究了机制砂石粉含量及MB值对高强混凝土性能的影响，结果表明：适量的石粉可在一定程度上弥补机制砂表面的粗糙，改善新拌混凝土的工作性。

学者们对机制砂混凝土的性能进行了大量的研究，然而没有聚焦于机制砂喷射混凝土在不同荷载、冲击次数等条件下的性能研究，对此，本文结合以上研究成果，开展机制砂喷射混凝土的性能研究。

1 试验原材料与方法

1.1 人工机制砂

人工机制砂的选择应按照项目需求、母材属性以及混凝土的性质等对人工机制砂的颗粒级配和细度模数等进行确定，结合破碎设施和工艺等予以修正。此次试验使用的机制砂的颗粒级配情况见表1，细度模数为2.6，物性参量见2，试验采取的机制砂在相关参数指标上满足GB/T 14684—2011的规定。

表1 试验用机制砂颗粒级配

表2 试验用机制砂物性参数单位：%

1.2 机制砂喷射混凝土配合比设计

机制砂喷射混凝土配合比进行设计见表3。选择P·Ⅱ42.5R硅酸盐水泥作为水泥熟料，采取5～10mm粒径大小的碎石块作为粗骨料，选择人工机制砂作为细骨料。

表3 喷射混凝土配合比单位：kg/m3

1.3 机制砂喷射混凝土试件制作

根据《喷射混凝土应用技术规程》，借助制备机对机制砂喷射混凝土试件进行制备，采用长宽高分别为800、800、120mm的模具制作，借助湿喷机将混凝土喷射到模具里面，制模工序结束后，通过保鲜膜将模具表面覆盖，置于室温环境下，时间设置为1d，再置于温度和相对湿度分别为20℃和95%的养护环境中，时间设置为28d，养护结束之后借助钻芯完成试件的制取。

养护过程中，被用来检测抗压强度的圆柱体试件对应大小都等于100mm的直径与高度，测试结果表明，试件单轴抗压强度和弹性模量分别等于28.5MPa和8.9GPa。被用于循环冲击试验的圆柱体试件的直径与高度都等于抗压强度测试用试件直径和高度的一半。

1.4 试验装置与方案设计

采用霍普金森压杆试验装置，装置内为炮管、入射杆、透射杆、撞击杆、能量吸收器以及气压元件等部件。杆件密度、波速、弹性模量、直径、子弹长度、入射杆长度、透射杆长度以及耗能杆长度依次等于7850kg/m3、5172m/s、210GPa、50mm、0.4m、3m、2m和2m。

进行循环荷载冲击试验，依次采取1/10、1/5、3/10、2/5的试件抗压强度作为轴压荷载，荷载值依次等于6、8、10、12MPa。此外，分别按照5、6、7m/s的试件冲击速度开展冲击试验。

2 结果与讨论

2.1 破坏形态

完成循环荷载冲击试验后，可得到机制砂喷射混凝土的破坏样貌受到轴压荷载以及冲击速度的影响程度。在轴压荷载不变的情况下，提升冲击速度，试件破碎程度降低，碎块数量变多。

冲击速度保持不变，提高轴压荷载能够增大试件破碎尺寸，碎块数目减少。试件应变率与输入能量同荷载冲击速度之间呈正相关。提升荷载冲击速度，试件会吸收更多的能量，损坏积累将变得更快。循环荷载冲击试验表明，提升荷载冲击速度将造成试件里面微观裂缝以较快的速度扩展，此外微观裂缝数目变多，造成碎块尺寸降低，碎块数目变多。

研究机制砂喷射混凝土试件动应力和应变关系的基础上可知，循环荷载冲击试验期间，提升冲击次数，试件应变率会变高。轴压载荷不变的情况下，试件冲击速度和冲击次数具备反比关系。冲击速度不变的情况下，冲击次数和轴压载荷具备正比关系。

2.2 峰值应力与应变规律

设置多个冲击速度开展冲击试验，图1为机制砂喷射混凝土的峰值应力、轴压载荷以及循环荷载冲击次数的关联情况。由图1可知，在荷载冲击速度与轴压载荷保持不变的情况下，峰值应力和荷载冲击次数具备反比关系，说明此时机制砂喷射混凝土抵抗外界冲击的能力减弱，反映了机制砂喷射混凝土受循环载荷冲击作用时的材料强度减弱的情况。冲击速度不变，试件峰值应力的减小幅度和轴压载荷呈负相关，表明轴压载荷的增大能够使得试件具备抵抗外界循环冲击载荷的更强能力和属性。同时，在轴压载荷不变的情况下，增大冲击速度能够提升试件的峰值应力[6-8]。

图1 峰值应力与冲击次数的关系

各种冲击速度作用下机制砂喷射混凝土的峰值应变、轴压载荷以及循环荷载冲击次数的关联情况如图2所示。由图2可知，冲击速度与轴压荷载不变，增大冲击次数能够提升试件的峰值应变。冲击速度不变，峰值应变增幅和轴压荷载呈负相关。同时，在轴压荷载不变时，增大冲击速度能够提升峰值应变。

图2 峰值应变与冲击次数的关系

2.3 动弹性模量

从试件的应力—应变规律变化曲线中可以看出，曲线上升段表现出了较为明显的线弹性规律。因此，循环冲击荷载作用下机制砂喷射混凝土的动弹性模量可用式(1)表示。

会计核算是企业重要组成部分，一定程度影响会计信息质量和会计信息真实性。目前企业会计核算普遍存在的问题之一即缺乏规范的会计基础工作，之所以出现这种问题多和以下方面有关：首先原始凭证填写缺乏完整；部分企业在会计核算中填写原始凭证时存在不填、少填和漏填现象，完全不符规定原始凭证填写要求，导致会计信息不准。其次原始凭证存在虚假现象；会计原始凭证填写在企业中必须符合实际发生项目内容，当前部分企业原始凭证填写存在违规编制虚假情况。第三记账凭证缺乏规范；企业会计记账凭证若不规范则对会计信息准确性产生直接影响。

(1)

式中，E50、σ50、ε50—一般峰值应力的数值和在该应力情况下的应变值。

各种冲击速度情况下试件动弹性模量、轴压载荷以及冲击次数的关联情况如图3所示。冲击速度与轴压荷载不变，增大冲击次数会使得试件动弹性模量减小，由于试件中的裂缝会随着循环荷载冲击试验的进行逐渐拓展，造成试件对外界冲击的抵御能力减弱，材料力学性能变差。

图3 混凝土动弹性模量与冲击次数作用规律

2.4 能量演化规律分析

开展循环荷载冲击试验前，借助润滑油减少冲击杆和试件接触界面的能量损耗。通过下面的公式来计算入射波能量、反射波能量、透射波能量和试件吸收的能量：

(2)

(3)

(4)

QI=QI-QR-QT

(5)

QI=QS/VS

(6)

式中，QI、QR、QT、QS、Ev、VS—入射波能量、反射波能量、透射波能量、试件吸收能量、能量吸收值以及试件的体积大小。

各种冲击速度情况下试件比能量吸收值、轴压荷载以及冲击次数的关联情况如图4所示。试件比能量吸收值在很大程度上取决于冲击速度与轴压荷载。冲击速度与轴压荷载不变，增大冲击次数能够提升试件比能量吸收值。冲击速度不变，较高的轴压荷载能够对试件比能量吸收值产生更大影响。冲击速度较高时，比能量吸收值会以更大的幅度增长。