冲击荷载作用下冻融风积砂混凝土分形特征及能量耗散规律

来源：振动与冲击杂志2025年第22期北京时间：

作者：张嘉凡，高志强，张慧梅zhanghmktz@xust，郑世航，陈世官

单位：1.西安科技大学理学院，西安710054；2.西安科技大学建筑与土木工程学院，西安710054；3.西安科技大学高新学院 城市建设学院，西安710109

摘要：为探究冻融环境下风积砂混凝土在遭受冲击荷载作用时的分形特征及能量耗散规律，对不同替代率的风积砂混凝土试样进行了冻融循环试验，采用霍普金森压杆(SHPB)设备对风积砂混凝土进行了动态加载试验，并通过扫描电镜(SEM)对碎块微观形貌进行分析，探究了风积砂替代率、冻融循环次数和冲击气压对分形维数和吸收能的影响，揭示了宏观破坏与微观损伤的关联，建立了能量耗散密度与分形维数之间的关系。结果表明：在风积砂替代率相同的情况下，随着冲击气压的升高，分形维数和能量耗散密度呈现显著增长趋势，碎块表面裂纹扩展加剧，孔隙连通性明显增强；随着冻融循环次数的增加，分形维数逐渐增大，能量耗散密度则减小。当冻融循环条件和冲击气压一定时，随着风积砂替代率的增加，分形维数先减小再增大后减小，能量耗散密度则先增大后减小。当风积砂掺量为40%时，冻融环境下混凝土抗冲击性能最优；适量风积砂改善混凝土抗冲击及抗冻性能的机理在于其填充孔隙改变了颗粒级配及混凝土密实度，达到消耗冲击能量的作用。同时降低了混凝土的渗透性，阻止外界水分侵入，减轻冻胀压力对混凝土的破坏。<br>

关键词：冻融循环；风积砂混凝土；冲击气压；分形特征；能量耗散