本文利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)比研究了常溫下和其它5種不同溫度條件下（見圖1）UHPC的抗彎力學(xué)行為，并取得如下原創(chuàng)性成果：1）原位監(jiān)測(cè)超低溫場(chǎng)-應(yīng)力場(chǎng)耦合作用下UHPC力學(xué)性能演化及微裂紋起裂機(jī)制；2）基于延性指數(shù)、韌性指數(shù)、能量歸一化和聲信號(hào)活躍度實(shí)現(xiàn)對(duì)-170℃下UHPC延性退化的定量表征；3）探究了高溫預(yù)處理對(duì)UHPC在-170℃下抗彎行為影響機(jī)制。研究成果可以為全混凝土液化天然氣儲(chǔ)罐、極地勘探、深空探月工程等重大工程提供一定的借鑒。

圖 1 不同溫度變化路徑

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于常溫條件下，超低溫下UHPC的初裂抗彎強(qiáng)度和峰值抗彎強(qiáng)度顯著提高，直接暴露在超低溫下UHPC初裂和峰值抗彎強(qiáng)度分別提升99.1%和103.4%，但經(jīng)過200℃預(yù)處理后，UHPC在-170℃下，其初裂和峰值抗彎強(qiáng)度分別提升僅59.3%和41.6%。超低溫下，UHPC內(nèi)部自由水結(jié)冰以及鋼纖維與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度提高，但200℃預(yù)處理引起UHPC內(nèi)部自由水含量降低，并在鋼纖維周圍產(chǎn)生因熱不兼容性導(dǎo)致的微裂紋。此外，各溫度條件對(duì)UHPC的初裂撓度影響比較顯著，但對(duì)峰值撓度的影響一般（圖2）

圖 2 不同溫度條件下UHPC抗彎強(qiáng)度和彎曲撓度

線彈性階段聲發(fā)射參數(shù)與UHPC初裂抗彎強(qiáng)度存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，但撓度硬化階段并未發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射參數(shù)與UHPC峰值抗彎強(qiáng)度存在相關(guān)關(guān)系，主要是由于初裂階段的聲信號(hào)主要源于基體內(nèi)部微裂紋萌生與擴(kuò)展，強(qiáng)度越高，產(chǎn)生的聲信號(hào)越明顯。而撓度硬化階段，鋼纖維活動(dòng)、新微裂縫萌生與擴(kuò)展、舊微裂紋積聚成宏觀裂紋并擴(kuò)展均可產(chǎn)生聲信號(hào)，表現(xiàn)為聲信號(hào)和抗彎強(qiáng)度無法協(xié)同發(fā)展。

圖 3 初裂強(qiáng)度和AE參數(shù)的關(guān)系曲線

超低溫下，UHPC表現(xiàn)出明顯的溫脆效應(yīng)，具體表現(xiàn)為延性降低，脆性增大，因此本文借助撓度延性指數(shù)、韌性延性指數(shù)、韌性指數(shù)、能量歸一化、聲信號(hào)活躍度等指標(biāo)（圖4）對(duì)超低溫下UHPC的延性降低特征進(jìn)行定量表征，研究發(fā)現(xiàn)，超低溫下UHPC能量釋放率顯著提高是其延性大幅降低的誘因。

圖 4 UHPC溫脆效應(yīng)表征參數(shù)