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冲击荷载下聚丙烯纤维水泥砂浆力学特性研究

         
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为研究掺入聚丙烯纤维(polypropylene fiber,PPF)的喷射砂浆,在加固矿井的应用中发生瞬时破坏时对软岩巷道的支护潜力,制备了水灰比为0.3、0.4、0.5并分别以0、1%、1.25%、1.5%的体积分数掺入PPF的水泥砂浆,浇铸成ø50 mm×25 mm的圆柱体试件。采用ø50 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)对上述试件分别以0.25、0.35、0.45 MPa三种加载气压进行冲击压缩试验。通过对比分析,在冲击荷载作用下,不同水灰比和不同PPF体积掺量的砂浆试件的动态力学性能,分别研究水灰比和PPF体积掺量对喷射砂浆的抗冲击载荷的影响。试验结果表明,典型试件的破坏特征具有应变率效应,试件破碎块度随应变率的增大而减小;PPF增强砂浆动态应力-应变曲线可分为弹性阶段、裂隙扩张阶段、塑性变形阶段和破坏阶段,随着应变率的提高,塑性变形阶段相应有所加强;相同PPF体积掺量时,较高孔隙率的高水灰比的砂浆试件有利于吸收应力波能量而表现出更好的抗冲击性能;当PPF体积掺量为1.25%时,均匀分布在砂浆内部的纤维改变应力传播路径,缓解应力集中现象,通过桥接和加筋作用使喷射砂浆具有更好的变形协调能力,而且在当前掺量的PPF增强砂浆的动态抗压强度和极限韧性最高,具有更好抵抗瞬时荷载破坏的能力。以上试验结果对调控砂浆配比、增强消波吸能能力有一定参考价值。

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