[发明专利]水泥混凝土科研试件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用材料试验机、常规三轴试验机和霍普金森压杆三种试验设备通过试验确定水泥混凝土动态本构模型参数时所采用的科研试件的制备方法。

背景技术

机场跑道是战时敌对双方打击的主要目标之一，限于资金和时间，它在侵彻爆破弹作用下的响应规律则主要通过数值仿真获得。水泥混凝土是机场跑道的主要施工材料，其动态本构参数是进行数值仿真计算的关键，因此必须通过系统的科学试验获得水泥混凝土材料的本构参数。

水泥混凝土科研试件是测定水泥混凝土本构模型参数的主要试验对象。国标GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定了水泥混凝土测试时的试件尺寸、形状和公差，试验设备，试件的制作和养护，抗压强度、轴心抗压强度、静力受压弹性模量、劈裂抗拉强度和抗折强度等参数的试验测试要求和方法。这些参数只是部分静态本构模型参数，对于动态本构模型中所包含的静态本构模型参数如内聚强度、压力硬化系数、压力硬化指数和动态本构模型参数如应变率硬化系数等参数则无法通过国标GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》所规定的试验设备和试验方法测试得到。作为变通方法，目前一般通过调整本构参数来达到数值计算与水泥混凝土靶侵爆试验结果相吻合的目的，但此种方式缺乏科学性而且也不利于揭示水泥混凝土动态响应的客观规律。

利用材料试验机、常规三轴试验机和霍普金森压杆等试验设备对水泥混凝土试件进行试验可以测量水泥混凝土本构模型参数，分别制备用于上述试验设备的水泥混凝土试件相对简单，只要试件成品形状、大小满足各自的试验设备要求即可。但此种形式制造出的水泥混凝土试件存在水泥混凝土抗压强度指标、水灰比、级配数据的差异性，使得用于不同试验设备的水泥混凝土试件间缺乏内在一致性，导致试验测量得到的水泥混凝土本构模型参数存在较大误差，进而导致利用得到的本构模型参数评估水泥混凝土在侵彻和爆炸载荷作用下的响应时，得出错误的结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供用于测量水泥混凝土动态本构模型参数科研试件的制备方法，以该方法制造出来的水泥混凝土试件具有相同的抗压强度指标、水灰比和级配数据，满足材料试验机、常规三轴试验机和霍普金森压杆等多种试验设备的要求。

本发明的技术方案是：根据材料试验机、三轴试验机三轴腔和霍普金森压杆杆径来选择水泥混凝土试件尺寸和最大碎石粒径；然后，根据所选碎石的最大粒径和水凝混凝土的强度要求，依据国标JGJ53-92《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》和国标JGJ52-92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》选取级配数据和材料配合比，通过GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》所规定的标准试件试验确定水泥混凝土的级配数据和材料配合比；最后，根据确定的级配数据和材料配合比制作满足相关试验设备要求的试验试件。

具体实施方案是：

第一步，确定用于材料试验机、常规三轴试验机（即试验试件为圆柱体的三轴试验机）和霍普金森杆的试件尺寸和材料试验机、常规三轴试验机量程。

1.1，根据科研需要确定所要研究水泥混凝土的抗压强度等级f_c，并由公式（1）确定所要采用的材料试验机工作量程R；

20%·R≤k·f_c·A≤80%·R    公式（1）

这里，A为水泥混凝土试件的可能加载面积，近似取为常规三轴试验机三轴腔加载方向的截面积d为三轴腔内直径；k为直径为d高度为2d的水泥混凝土圆柱体试件所具有的抗压强度与水泥混凝土抗压强度等级f_c之间比例系数