基于SHPB試驗(yàn)的碳納米管增強(qiáng)混凝土動(dòng)態(tài)壓縮行為研究

關(guān)鍵詞：混凝土；碳納米管；分離式霍普金森壓桿（SHPB）；動(dòng)態(tài)力學(xué)特性；沖擊能量耗散

混凝土在土木工程建設(shè)中使用廣泛，但隨著各種建（構(gòu)）筑物的服役環(huán)境日趨復(fù)雜化和極端化，傳統(tǒng)混凝土材料由于脆性較大、韌性較差，容易受損開裂，對(duì)整體結(jié)構(gòu)造成不利影響，因此難以適應(yīng)國防、工業(yè)等工程領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)需要[1-2]。此外，混凝土結(jié)構(gòu)在承受自身質(zhì)量、人員設(shè)備等靜態(tài)荷載作用的同時(shí)，還可能會(huì)遭到由車輛沖撞、武器打擊、彈藥爆炸等偶然因素引起的動(dòng)態(tài)荷載作用，這些均對(duì)混凝土材料的抗沖擊性能提出了更加嚴(yán)苛的要求[3-5]。因此，有必要進(jìn)一步研制和設(shè)計(jì)新型混凝土材料，并針對(duì)其動(dòng)力性能展開深入研究。

納米材料和納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展為混凝土帶來了嶄新的生命力。在眾多納米材料中，碳納米管（carbonnanotubes，CNTs）憑借優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)特性而備受關(guān)注，在對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行改性方面具有極大潛力[6-7]。碳納米管是一種具有一維管狀結(jié)構(gòu)的納米級(jí)纖維，其強(qiáng)度、韌性俱佳，長(zhǎng)徑比可達(dá)1000以上，抗拉強(qiáng)度約為鋼的100倍，彈性模量約為鋼的5倍，被視作水泥基材料的理想填料和增強(qiáng)體[8-10]。近年來，碳納米管的生產(chǎn)成本有所降低，生產(chǎn)規(guī)模逐步擴(kuò)大，碳納米管增強(qiáng)水泥基材料成為學(xué)者們聚焦的研究熱點(diǎn)。Collins等[11]發(fā)現(xiàn)使用聚羧酸鹽外加劑可以改善碳納米管在低水灰比水泥漿體中的分散性，減少碳納米管團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，從而使得硬化水泥漿體的抗壓強(qiáng)度提高了25%。Rocha等[12]探討了碳納米管對(duì)水泥漿體斷裂能、彎曲和拉伸性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳納米管的摻量達(dá)到0.10%（占膠凝材料的質(zhì)量比例）時(shí)，水泥漿體的斷裂能提高了90%，抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度超過了45%，碳納米管可以作為水泥水化產(chǎn)物的成核位點(diǎn)，抑制微裂紋的形成與擴(kuò)張。Parveen等[13]以PluronicF-127為分散劑制備出碳納米管增強(qiáng)水泥砂漿，試驗(yàn)結(jié)果表明，與普通水泥砂漿相比較，碳納米管增強(qiáng)水泥砂漿表現(xiàn)出更優(yōu)越的物理力學(xué)性能。Li等[14]利用硫酸和硝酸混合液對(duì)碳納米管進(jìn)行改性處理，進(jìn)而將其添加到水泥漿體中，力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果顯示，水泥漿體的強(qiáng)度和破壞應(yīng)變均獲得了顯著提高，碳納米管通過發(fā)揮填充效應(yīng)和橋接效應(yīng)保證了水泥漿體內(nèi)部荷載的傳遞。Gao等[15]針對(duì)碳納米管直徑對(duì)水泥基材料基本力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)水泥基材料的抗壓強(qiáng)度隨碳納米管直徑的增大而減小，抗折強(qiáng)度則隨碳納米管直徑的增大而增大，微觀測(cè)試表明，直徑為10～20nm的碳納米管更有助于優(yōu)化水泥基材料的孔隙結(jié)構(gòu)。鄭冰森等[16]制備了不同碳納米管摻量（0.05%、0.10%、0.15%）的混凝土，并對(duì)碳納米管增強(qiáng)混凝土的斷裂性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)果表明，碳納米管在混凝土內(nèi)部具有一定的橋接作用，對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、起裂韌度、失穩(wěn)韌度以及斷裂能均具有良好的增強(qiáng)效果。黃山秀等[17]進(jìn)行了碳納米管增強(qiáng)混凝土的單軸壓縮試驗(yàn)，研究了碳納米管摻量（0.05%、0.10%、0.30%、0.50%）和應(yīng)變率（5×10?3、2×10?4、1×10?5s?1）對(duì)混凝土力學(xué)性能與能量演化特征的影響規(guī)律，指出當(dāng)碳納米管摻量相同時(shí)，混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度隨應(yīng)變率的增大而增大，在相同應(yīng)變率條件下，混凝土峰值應(yīng)力處各能量隨碳納米管摻量的增加先增大后減小。

從上述研究成果可知，碳納米管能夠通過填充、橋接和成核效應(yīng)改善水泥基材料的宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)。然而，目前有關(guān)碳納米管增強(qiáng)水泥基材料的研究對(duì)象主要為水泥凈漿或砂漿，且大多數(shù)研究集中于靜態(tài)荷載作用下改性水泥基材料的基本力學(xué)特性，關(guān)于碳納米管增強(qiáng)混凝土（含有粗骨料的改性混凝土體系）特別是其在中高應(yīng)變率沖擊荷載作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的探索和認(rèn)知仍然比較缺乏。基于此，本文中采用直徑為100mm的分離式霍普金森壓桿（splitHopkinsonpressurebar，SHPB）試驗(yàn)裝置，分別對(duì)普通混凝土和4種摻入碳納米管的混凝土（摻量分別為0.10%、0.20%、0.30%、0.40%）進(jìn)行不同加載水平（沖擊速度依次約6.8、7.8、8.8、9.8、10.8m/s）的沖擊壓縮試驗(yàn)，探究碳納米管摻量和沖擊速度對(duì)混凝土動(dòng)態(tài)壓縮行為的影響。以期提供碳納米管增強(qiáng)混凝土的相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為揭示其在沖擊壓縮荷載作用下的力學(xué)性能以及能耗特征提供參考。

1試驗(yàn)原料與方法

1.1原材料

混凝土是由膠凝材料、粗骨料、細(xì)骨料以及水等組分構(gòu)成的復(fù)合材料。在本試驗(yàn)中：膠凝材料采用海螺牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)組成如表1所示。粗骨料采用連續(xù)級(jí)配的石灰?guī)r碎石，其粒徑為5～20mm。細(xì)骨料采用天然河砂，其細(xì)度模數(shù)為2.68，表觀密度為2640kg/m3。拌合用水采用普通自來水。減水劑采用聚羧酸高性能減水劑，其減水率為27%。消泡劑采用W-803型磷酸三丁酯消泡劑。碳納米管為江蘇先豐納米材料科技有限公司生產(chǎn)的羧基化多壁碳納米管，其主要性能參數(shù)如表2所示；同時(shí)采用該公司提供的碳納米管水分散劑，分散劑類型為非離子表面活性劑。

1.2配合比及試件制作

基于文獻(xiàn)[18-19]，分別制備了普通混凝土（作為對(duì)照組）以及4種加入碳納米管進(jìn)行改性的混凝土（作為試驗(yàn)組）。碳納米管在混凝土中的摻量按照水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)控制變量法原則，碳納米管摻量依次取為0.10%、0.20%、0.30%和0.40%，最終設(shè)計(jì)的混凝土配合比如表3所示。在制備混凝土之前，需要預(yù)先分散碳納米管：將稱量好的碳納米管粉末、分散助劑、減水劑、消泡劑置于燒杯中，按比例添加水并使用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，初步獲得碳納米管分散液；采用超聲波清洗機(jī)對(duì)碳納米管分散液進(jìn)行水浴式超聲處理，如圖1所示，適時(shí)（5min）取出燒杯并將其放入冰水混合物中冷卻降溫，然后繼續(xù)進(jìn)行超聲分散。重復(fù)6次超聲-降溫處理，即可得到均勻穩(wěn)定且不易再次團(tuán)聚的碳納米管懸浮液。

試驗(yàn)所需混凝土試件的制作步驟如下：將砂、碎石、水泥倒入攪拌機(jī)中干拌2min；加入碳納米管懸浮液以及另外的減水劑、消泡劑與水的混合液，開機(jī)攪拌2min；將混凝土拌合物裝入圓柱體模具，放置在振動(dòng)臺(tái)上振搗密實(shí)，隨后將其移入溫度為（20±2）℃、相對(duì)濕度（RH）大于95%的養(yǎng)護(hù)室，靜置24h拆模，繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28d齡期。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，為滿足SHPB試驗(yàn)要求，將試件的兩個(gè)端面打磨光滑，確保其平整度誤差在0.02mm以內(nèi)，加工完畢的試件尺寸約為98mm×48mm。

1.3試驗(yàn)方法

為更加準(zhǔn)確地反映材料真實(shí)的動(dòng)力性能，采用直徑為100mm的SHPB試驗(yàn)裝置進(jìn)行混凝土沖擊壓縮試驗(yàn)。如圖2所示，SHPB試驗(yàn)設(shè)置主要由主體試驗(yàn)系統(tǒng)、能源動(dòng)力系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三部分組成[20]。SHPB試驗(yàn)原理為：空氣壓縮機(jī)將氣體存放于儲(chǔ)氣罐中，借助操縱臺(tái)可調(diào)節(jié)壓縮氣體傳輸至發(fā)射裝置，開啟閥門后，高壓氣體在瞬間釋放，推動(dòng)炮膛內(nèi)的子彈快速射出并撞擊入射桿，產(chǎn)生入射波εi（t）。安放在入射桿與透射桿之間的試件在入射波的加載作用下發(fā)生形變，并同時(shí)向入射桿與透射桿分別傳播反射波εr（t）和透射波εt（t）。子彈的沖擊速度由激光測(cè)速儀測(cè)試，波形信息由超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀以及波形存儲(chǔ)器采集。根據(jù)一維彈性應(yīng)力波理論及SHPB試驗(yàn)技術(shù)的基本假定，通過“三波法”處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)[21]，從而獲得混凝土的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)參數(shù)。

式中：ce為桿件中的應(yīng)力波波速，Ee和Ae分別為桿件的彈性模量和橫截面積；σ（t）、ε（t）、\"˙（t）、As、Ls分別為試件的應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變率、橫截面積和長(zhǎng)度；τ為應(yīng)力波在桿件中的持續(xù)時(shí)間。

在SHPB試驗(yàn)過程中，將混凝土試件夾持在入射桿和透射桿之間，并確保試件及各個(gè)桿件的中心在同一軸線。采用銅片作為波形整形器，優(yōu)化初始應(yīng)力波的形狀，減小波形的高頻震蕩，降低應(yīng)力波在傳播過程中的“彌散效應(yīng)”，從而滿足SHPB試驗(yàn)的應(yīng)力均勻性要求[18，22]。同時(shí)，在試件與桿件的接觸面處均勻涂抹一層凡士林（起潤(rùn)滑作用），以減小端部摩擦效應(yīng)造成的不利影響[2]。本試驗(yàn)共設(shè)置5種加載水平，通過調(diào)節(jié)輸入氣壓的大小（0.25～0.45MPa）進(jìn)而控制子彈的沖擊速度，實(shí)際測(cè)得的子彈沖擊速度由低到高分別約6.8、7.8、8.8、9.8、10.8m/s。為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，對(duì)每種工況下的平行試件進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)試。

2結(jié)果與討論

2.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖3為不同試驗(yàn)條件下混凝土的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，能夠直觀地反映試件在沖擊壓縮荷載作用下應(yīng)力與應(yīng)變之間的變化關(guān)系。綜合對(duì)比普通混凝土試件和碳納米管增強(qiáng)混凝土試件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可以看出，曲線上升部分的初始階段略微凸向應(yīng)變軸，這是由于試件內(nèi)部的原始孔洞和裂隙等微缺陷在動(dòng)態(tài)受壓狀態(tài)下會(huì)有一定程度的收縮閉合[23]；之后動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線大致呈直線上升趨勢(shì)，試件處于線彈性階段，應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加持續(xù)增大；接近峰值應(yīng)力時(shí)，試件內(nèi)部的局部屈服程度加劇，動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率有所減小，試件應(yīng)力緩慢增加；經(jīng)過峰值點(diǎn)后，動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線開始進(jìn)入下降段，此時(shí)混凝土已經(jīng)破壞，失去承載能力，隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)力逐漸減小。動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線受沖擊速度的影響顯著，沖擊速度越大，曲線的形狀越“高寬”，試件應(yīng)力達(dá)到的峰值越大。還可以發(fā)現(xiàn)，雖然普通混凝土試件和碳納米管增強(qiáng)混凝土試件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾何形狀相似，但是在特征數(shù)值、變化幅度等方面的差別較大。例如，在同一加載水平下，碳納米管增強(qiáng)混凝土的最高應(yīng)力值、最大應(yīng)變值基本均大于普通混凝土。這表明摻入碳納米管對(duì)混凝土的動(dòng)態(tài)受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系具有一定影響，與普通混凝土相比較，碳納米管的加入可以提升混凝土抵抗沖擊荷載的能力。

2.2動(dòng)態(tài)強(qiáng)度特性

為更有效地闡述混凝土在沖擊荷載作用下的強(qiáng)度特性，分別對(duì)試件的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度是指混凝土在沖擊壓縮過程中達(dá)到的峰值應(yīng)力，圖4（a）展示了混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨沖擊速度的變化規(guī)律。分析可知，普通混凝土試件和碳納米管增強(qiáng)混凝土試件的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度均隨沖擊速度的增大而增加，即動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出加載速度強(qiáng)化效應(yīng)。原因在于混凝土受沖擊發(fā)生破壞的過程極短，試件無法依靠裂紋的迅速萌生和發(fā)育積累能量，只有通過增加應(yīng)力的途徑實(shí)現(xiàn)能量平衡[24]。將圖4（a）中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照y=kx+b的函數(shù)形式進(jìn)行擬合，擬合后的參數(shù)列于表4，R2為擬合優(yōu)度?？梢钥闯?，混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度與沖擊速度之間的線性相關(guān)性較強(qiáng)。整體而言，當(dāng)加載水平相同時(shí)，較之普通混凝土試件，碳納米管增強(qiáng)混凝土試件的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度有所提升，并且提升效果與碳納米管摻量有關(guān)，當(dāng)碳納米管摻量為0.30%時(shí)，提升效果相對(duì)最佳，碳納米管增強(qiáng)混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的最大增長(zhǎng)幅度可達(dá)23.7%。另外，以加載速度為8.8m/s為例，PC的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度為62.7MPa，CNRC1～CNRC4的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度分別為63.2、68.8、72.5及66.3MPa。這說明在同一加載水平下，混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨碳納米管摻量的增大呈現(xiàn)出先逐漸升高而后有所下降的趨勢(shì)。這是由于當(dāng)碳納米管摻量過大時(shí)，其在混凝土中的分散效果欠佳，引入了較多的裂隙等缺陷，反而對(duì)試件的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生了消極作用。

動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子是指混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度與靜態(tài)抗壓強(qiáng)度的比值（本文動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子的計(jì)算以文獻(xiàn)[19]中的靜力強(qiáng)度為比例基準(zhǔn)），圖4（b）展示了混凝土動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子隨沖擊速度的變化規(guī)律?？梢钥闯?，隨沖擊速度的增大，普通混凝土試件和碳納米管增強(qiáng)混凝土試件的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子也隨之增加。經(jīng)過分析，混凝土動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子與沖擊速度之間存在正相關(guān)的線性關(guān)系，擬合結(jié)果列于表5。線性擬合之后，CNRC4的曲線斜率為0.156，大于其他組試件，這表明CNRC4強(qiáng)度特性的加載速度強(qiáng)化效應(yīng)更加明顯，即摻加0.40%碳納米管的改性混凝土率敏感性更高。

2.3動(dòng)態(tài)受壓變形

通過峰值應(yīng)變和極限應(yīng)變對(duì)沖擊荷載作用下混凝土的動(dòng)態(tài)受壓變形進(jìn)行分析。峰值應(yīng)變是指動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線中與峰值應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，圖5（a）展示了混凝土峰值應(yīng)變與沖擊速度之間的關(guān)系。分析可知，隨沖擊速度的提高，碳納米管增強(qiáng)混凝土試件的峰值應(yīng)變呈遞增趨勢(shì)，表現(xiàn)出率敏感性；普通混凝土試件峰值應(yīng)變的離散程度較大，在6.8m/s加載水平下，其峰值應(yīng)變明顯高于其他組試件，在7.8和8.8m/s加載水平下，其峰值應(yīng)變反而低于6.8m/s加載水平（普通混凝土試件峰值應(yīng)變的離散不排除因數(shù)據(jù)采集或處理誤差所致）。此外，在同一加載水平下，混凝土峰值應(yīng)變隨碳納米管摻量的增大逐漸增加，但是CNRC1的峰值應(yīng)變相對(duì)最小，且低于PC，這可能是因?yàn)楫?dāng)碳納米管摻量較小時(shí)，其在局部隨機(jī)形成了薄弱區(qū)域。極限應(yīng)變是指動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的最大應(yīng)變，圖5（b）展示了混凝土極限應(yīng)變與沖擊速度之間的關(guān)系?？梢钥闯觯胀ɑ炷猎嚰吞技{米管增強(qiáng)混凝土試件的極限應(yīng)變均隨沖擊速度的增大而逐漸增加，具有一定的加載速度強(qiáng)化效應(yīng)，但極限應(yīng)變與沖擊速度之間的線性關(guān)系較差，加載水平從6.8m/s增大到7.8m/s時(shí)，極限應(yīng)變的增幅較大，加載水平從7.8m/s增大到10.8m/s時(shí)，極限應(yīng)變的增幅變小。較之普通混凝土，在加載水平達(dá)到7.8m/s之后，碳納米管的加入能夠有效提高混凝土的極限應(yīng)變，在同一加載水平下，隨碳納米管摻量的增大，混凝土峰值應(yīng)變先增加后減小，CNRC3表現(xiàn)出相對(duì)最高的極限應(yīng)變。上述情況表明，整體而言，在沖擊壓縮荷載作用下，加入碳納米管能夠改善混凝土的變形能力。

2.4能量耗散特征

混凝土承受動(dòng)態(tài)荷載直至破壞的過程中伴隨著非?；钴S的能量輸入、轉(zhuǎn)化、吸收和釋放。韌度能夠反映材料吸收能量的能力，可用應(yīng)力-應(yīng)變曲線與坐標(biāo)軸包圍的面積表示[25]。在沖擊受壓狀態(tài)下，混凝土達(dá)到峰值應(yīng)力之前處于微裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段，之后微裂紋開始發(fā)生不穩(wěn)定擴(kuò)張，直至出現(xiàn)貫通的宏觀裂縫，最終使得混凝土破壞失效[20]。因此，本文分別以峰前韌度（峰值應(yīng)變之前范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積）和沖擊韌度（動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積）作為指標(biāo)，針對(duì)受荷混凝土沖擊破壞過程中不同階段的能量耗散特征進(jìn)行分析。

圖6（a）為混凝土峰前韌度隨沖擊速度的變化趨勢(shì)。可以發(fā)現(xiàn)，隨沖擊速度的提高，除普通混凝土試件存在個(gè)別波動(dòng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)外，其他組混凝土試件的峰前韌度總體呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)，但峰前韌度與沖擊速度并沒有表現(xiàn)出非常明顯的線性相關(guān)性。此外，混凝土峰前韌度和碳納米管摻量之間的關(guān)系與峰值應(yīng)變和碳納米管摻量之間的關(guān)系相似。圖6（b）為混凝土沖擊韌度隨沖擊速度的變化規(guī)律。分析可知，普通混凝土試件和碳納米管增強(qiáng)混凝土試件的沖擊韌度均隨沖擊速度的增大而提高，沖擊韌度與沖擊速度表現(xiàn)出正相關(guān)性，即沖擊韌度具有沖擊速度強(qiáng)化效應(yīng)。這是因?yàn)樵谳^大的沖擊速度下，荷載輸入的能量變大，混凝土內(nèi)部發(fā)育的損傷裂紋數(shù)目有所增加，從而會(huì)形成許多個(gè)微開裂面，試件破碎程度加劇，對(duì)能量的耗散也相應(yīng)增加。當(dāng)加載水平相同時(shí)，CNRC3的沖擊韌度相對(duì)最大，與PC相比較，提升幅度約為10%。這說明適量碳納米管的摻入可以提升混凝土的沖擊韌度。韌度是混凝土強(qiáng)度特性和變形能力的綜合反映，由于CNRC3的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和極限應(yīng)變?cè)龇^大，因此其沖擊韌度的提高更加顯著。碳納米管能夠通過填充、橋接、成核等作用對(duì)混凝土進(jìn)行強(qiáng)化，提高內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性和致密性[3，15]，同時(shí)其自身在受荷拔出及斷裂失效的過程中也需要消耗能量，這些都有利于改善碳納米管增強(qiáng)混凝土的抗沖擊性能。

3結(jié)論

利用SHPB試驗(yàn)裝置開展了碳納米管增強(qiáng)混凝土的沖擊壓縮試驗(yàn)，分析了碳納米管摻量和沖擊速度對(duì)混凝土動(dòng)態(tài)強(qiáng)度特性、受壓變形以及能量耗散特征演化規(guī)律的影響，得到以下主要結(jié)論。

（1）碳納米管增強(qiáng)混凝土和普通混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度以及動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子均隨著沖擊速度的增大而逐漸增加，并且表現(xiàn)出非常強(qiáng)的線性正相關(guān)關(guān)系，即混凝土強(qiáng)度特性具有顯著的率敏感性。在同一加載水平下，碳納米管增強(qiáng)混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨碳納米管摻量的增大呈先升后降的變化趨勢(shì)，且與普通混凝土相比有所提升，當(dāng)碳納米管摻量為0.30%時(shí)，提升效果最佳，增幅可達(dá)23.7%。

（2）碳納米管增強(qiáng)混凝土的峰值應(yīng)變隨著沖擊速度的增大呈遞增趨勢(shì)，具有一定的沖擊速度強(qiáng)化效應(yīng)，然而當(dāng)碳納米管摻量為0.10%時(shí)，其峰值應(yīng)變低于普通混凝土。碳納米管增強(qiáng)混凝土和普通混凝土的極限應(yīng)變均隨著沖擊速度的增大而提高，極限應(yīng)變與沖擊速度之間表現(xiàn)出非線性正相關(guān)性；在同一加載水平下，隨著碳納米管摻量的增大，混凝土極限應(yīng)變先增大后減小。

（3）碳納米管增強(qiáng)混凝土和普通混凝土的沖擊韌度均隨沖擊速度的增大而提高，即沖擊韌度具有沖擊速度強(qiáng)化效應(yīng)，但沖擊韌度與沖擊速度之間并沒有表現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系。混凝土峰前韌度的變化規(guī)律與峰值應(yīng)變相似。韌度是混凝土強(qiáng)度特性和變形能力的綜合反映，在同一加載水平下，當(dāng)碳納米管的摻量為0.30%時(shí)，混凝土的沖擊韌度相對(duì)最大，較之普通混凝土提升約10%。

（4）在沖擊壓縮荷載作用下，碳納米管增強(qiáng)混凝土和普通混凝土大致會(huì)經(jīng)歷原始裂隙收縮閉合、近似彈性受壓發(fā)展、局部區(qū)域開始屈服以及完全破壞失效并失去承載能力等階段。適量碳納米管的摻入有效提高了混凝土抵抗沖擊荷載的能力，碳納米管能夠通過填充、橋接、晶核、拔出作用對(duì)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固強(qiáng)化，進(jìn)而改善混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性以及能量耗散特征。