高温对混合砂浆力学性能影响研究.pdf

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第37卷第5期四川建筑科学研究2011年l0月SichuanBuildingScience2l9高温对混合砂浆力学性能影响研究苗生龙，袁广林，舒前进(1．中国矿业大学徐海学院，江苏徐州221008；2．中国矿业大学建筑工程学院，江苏徐州221008)摘要：对四种不同强度等级(M2．5，M5，M7．5和MIO)的混合砂浆试块，经历200~C，400'E，60o℃和800~C四种不同温度，采用自然冷却和喷水冷却方式后进行了强度试验，得到了两种冷却方式后砂浆试块强度随温度变化的曲线及高温后砂浆强度的拟合公式，分析了砂浆强度的影响因素及高温后砂浆强度的退化机理。研究表明，经历温度越高，砂浆强度降低越大。对于同种砂浆，经历相同温度后，不同的冷却方式对强度也有较大的影响。研究结果为高温后砌体结构的安全性评估提供了依据。关键词：高温；砂浆；冷却方式；性能中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1008—1933(2011)05—219—03ResearchoninfluenceofhightemperaturetomechanicalperformanceofcomvosltemortarMIAOShenglong，YUANGuanglin，SHUQianjin(1．XuhaiCollege，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008，China；2．SchoolofArchitectureandCivilEngineering，ChinaUniversityofMining&Technology，Xuzhou221008，China)Abstract：Bytestingthefourdiferentcompositemortarsamples(M2．5，M5，M7．5andMIO)whichsuferedfourdiferenttemperatures(200~C，4o0℃，600~Cand800~C)andcoledbyairandwater，thecurvesofchangeofthestrengthofeachgrademortaralongwiththechangeoftemperatureaftertwocooledtypesandthesimulationformulaofmotaxcompressivestrengthafterhightemperaturew骶gained．Theinfluencefactorsandthedegradationmechanismofthemortarstrengthafterhightemperaturewereanalyzed．Theresearchindicatedthatthehigherthetemperaturethemortarsufered，themorelossofthemortarstrength．Diferentcoledtypeshadbiggishinfluenceonthestrengthofthesamemortarsuferedthesametemperature．Theresultsofresearchcanoferasupporttothesafetyassessmentofmasonrystructureafterhishtemperature．Keywords：hightemperature；mortar；coledtype；performance0引言1：21结构的安全性评估提供参考。1试验概况目前，在我国还存在大量的砌体结构建筑，每年发生的砌体结构火灾也较多，给人民生命财产造成1．1试件制作了很大的损失。对于砌体结构及材料在常温下的性本次试验共设计制作了M2．5，M5，M7．5和能，已经开展了大量的研究，并取得了丰硕的成M10四种强度等级的砂浆立方体试块，水泥采用强果。但对于砌体材料的高温性能，目前缺乏系度等级32．5的复合硅酸盐水泥。根据JGJ／T98—2000(砌筑砂浆配合比设计规程》J，各等级砂浆配统研究。而火灾发生时，砂浆的性能会受到影合比见表1。每种强度等级的砂浆试块做5组，其响，从而对砌体结构产生影响。因此，对砂浆高温后中1组(6块)用来进行室温下混合砂浆的抗压强度的力学性能进行研究，具有重要意义和应用价值。试验；其余4组(每组12块)用来进行高温冷却后本文通过对四种不同强度等级的砂浆经历不同的抗压强度试验，四种等级砂浆试块共计216块。温度及不同冷却方式后的抗压强度试验，分析了温试块制作完成后，在20oC±5~C温度环境下放置一度和冷却方式对砂浆性能的影响，可为受火后砌体昼夜，对试件进行编号后拆模，然后，在标准养护条件下进行养护：温度2O℃±3℃，相对湿度6o％一收稿日期：2010-03—1880％，试件彼此间隔大于10l"nlTl，养护龄期28d。作者简贪：苗生龙(1982一)，男，河南济源人，硕士，助教，主要从事建筑物防灾减灾研究。1．2高温试验及加载E—mall：cumtmiao@126．com对砂浆试块，加热设备采用中国矿业大学建筑 220四川建筑科学研究第37卷表1各等级砂浆配合比下降7．6％，0．2％，45．5％；M10砂浆在经历200℃，Table1Mixproportionofmortar400c【=和600℃后，则分别升高29．2％，11．4％，砂浆等级水泥：砂：石灰膏：水30．3％，经历800oC后，抗压强度则下降41．2％。M2．51：8．2：0．82：1．3O从图1中还可以看出，同种砂浆相同温度下，砂M51：6．9：0．65：1．21M7．5l：6．04：0．375：1．12浆试块喷水冷却后的强度比自然冷却后的强度要M101：5．14：0．21：1．00高，而且提高的幅度较大，最高可达82．1％。结构和材料实验室自主研发的“GWD一05型节能3高温后砂浆抗压强度退化规律实验电炉”，最高温度可达1100o(=，加热温度及恒温3．1高温后砂浆强度拟合时间由控温柜控制。在对试验数据进行分析的基础上，本文采用为研究不同温度后砂浆的抗压强度退化规律，“二次多项式”拟合方法对高温冷却后四种强度等本试验选取2o0℃，400℃，600~C，800oC4个温度进级混合砂浆的抗压强度退化规律进行拟合。拟合公行高温试验，按5~C／rain的升温速率，将砂浆试块置式统一如下：于电炉中加热至预设温度后，恒温60min取出，分：A—B×10一T—CX10一T别采用“自然冷却”和“喷水冷却”两种方式冷却，cu冷却至室温后进行强度试验。砂浆试块加载采用液(1O℃≤≤80o℃)压式万能试验机。按照JGJ70—90(建筑砂浆基本，式中为参量；A，B，C为系数(表2)。性能试验方法》进行试验。Jcu表2砂浆抗压强度拟合曲线系数2高温后砂浆的抗压强度Table2Modulusofsimulationcurvesofmortarcompressivestrength本文对216个砂浆立方体试块进行了抗压试验。四种强度等级的砂浆试块高温自然冷却和喷水冷却后强度的实测曲线如图1所示。由图1可知，随着温度的升高，砂浆试块的强度基本呈下降趋势。图2给出了高温后砂浆强度的拟合曲线。由图2可知，拟合曲线基本上能较好地反映混合砂浆的抗压强度在自然冷却方式后的变化规律。3．2高温后砂浆强度退化原因分析四种等级的混合砂浆由室温加热到800oC，经历不同冷却方式后，强度发生了变化。温度／'c温度／℃3．2．1自然冷却(c)M7．5(d)M10自然冷却方式后砂浆试块抗压强度是逐渐下降图1砂浆高温后强度曲线的，而且温度越高，强度下降越多。Fig．1Strengthcurveoffourmortarsafterhigh200oC后，四种砂浆强度平均下降约20％，主要temperature原因是由于骨料与水泥浆体的热膨胀系数不同导致1)自然冷却时，由图l可以看出，M2．5砂浆在微小的内部裂缝的形成，并且内部自由水蒸发时产经历200℃，4o0qC，600℃和8oo℃后，抗压强度分别生的热应力使砂浆结构变得疏松，削弱了强度。下降17．7％，27．2％，53．2％和67．2％；M5砂浆分400c【=后，四种砂浆强度平均下降约30％，主要别下降20．5％，32．9％，60．3％和71．1％；M7．5砂原因是由于高温作用使砂浆内部结晶水开始散失，浆分别下降l8．8％，24．7％，60．1％和71．6％；M10砂水化物开始分解，骨料与水泥浆体的热变形差继续浆则分别下降17．7％，28．9％，51．8％和65．6％。增大，导致裂缝继续开展，强度降低。2)喷水冷却时，由图l可以看出，M2．5砂浆在600~C后，砂浆强度明显下降，平均下降约经历200℃，400oC，600℃和800oC后，抗压强度分别60％，原因是内部结晶水大部丧失及水化物大部分下降0．8％，l1．0％，6．7％和32％；M5砂浆分别下分解，其组成部分熟石灰(Ca(OH)：)分解后形成较降8．7％，27．7％，23．2％和43．7％；M7．5砂浆分别多的空隙，造成砂浆内部结构的进一步疏松，砂浆表 2011No．5苗生龙，等：高温对混合砂浆力学性能影响研究22l发生化学反应生成Ca(OH)：，填充在高温后留下的孔隙中，缓解了膨胀力，且Ca(OH)：本身也具有一定的胶结料的功能，在砂浆内部起到胶结作用，使砂浆强度得到提高。通过对高温冷却后砂浆成分进行的x射线衍温度／℃温度／℃射分析可知，砂浆成分中有CaCO的存在，高温冷(a)自然冷却(b)喷水冷却却(自然冷却、喷水冷却)及室温情况下，CaCO，含量的多少为：喷水冷却>室温>自然冷却。CaCO，生成的原因是由于高温后水泥水化物及ca(OH)分解，生成CaO，喷水后，CaO与水发生反应，生成Ca(OH)，Ca(OH)又与空气中的CO反应生成一定量的CaCO，。而CaCO，生成量的多少，主要是由成分中Ca(OH)的多少决定的。对于喷水冷却来温度／℃温度／℃(c)自然冷却(d)喷水冷却说，高温后分解得到的CaO较多，CaO直接与水接触发生反应，生成较多的ca(OH)：；而对于自然冷却情况来说，高温后砂浆成分中的Ca(OH)多数分解成CaO，ca(OH)量减少，生成的CaCO，较少。4结论温度／℃温度／℃本文对砂浆高温后的抗压强度进行了试验研(e】自然冷却(f)喷水冷却究，考虑到不同的温度和不同的冷却方式的影响，得出以下结论：1)高温后，随着温度的升高，砂浆抗压强度逐渐降低。2)冷却方式对砂浆高温后强度影响较为明显，同种砂浆相同温度后，喷水冷却后的强度要明显高温度／℃温度／℃于自然冷却后的强度，最高可达自然冷却后强度的(g)自然冷却O喷水冷却2．7倍，这一问题，尚待深入探讨。3)得到了高温冷却后砂浆抗压强度的退化规图2砂浆高温后强度拟合曲线律，可为受火后砌体结构的安全性评估提供参考I．2FittiIlgolrvesofmmp~ivestrengthoffourmortarsafarhighmmperamre依据。面也开始出现明显裂纹，并不断开展，造成砂浆强度参考文献：急剧下降。[1]苑振芳，刘斌．我国砌体结构的发展状况与展望[C]／／2000800℃后，砂浆强度平均下降约70％，主要由于年全国砌体结构学术会议论文集．北京：中国建筑工业出版水泥水化物基本分解完毕，水泥石产生较大收缩，而社，2000．由于骨料的膨胀，造成骨料与水泥石之间的裂纹逐E2]高桂兰，赵子赢，沈成忠．浅谈砂浆强度与砌体强度[J]．煤炭渐扩大，砂浆表面裂纹进一步开展，并且由于熟石灰技术，2Oo4(8)：31_32．的更多分解，砂浆内部变得更为疏松，强度严重降[3]殷向红．砖砌体砂浆的饱满度黏结力[J]．同煤科技，2004(3)：低，几乎丧失承载力。4348．3．2．2喷水冷却[4]薛鹏飞，毛达岭，刘立新．改性砂浆砌体受剪性能的试验研究[J]．郑州大学学报：工学版，2006(1)：48-50．600℃及以下时，与自然冷却相比，砂浆强度均[5]刘梦溪，马金荣，于得水，李法浩．影响砌筑砂浆强度的因素探有一定程度的提高，有些甚至高于室温时的强度。讨[J]．能源技术与管理，2005(6)：65~56．这是由于高温喷水后，试块与水充分接触，使得原来[6]施楚贤．影响砖砌体强度的几个因素[C]／／砌体结构研究论的水化物脱水后又重新生成新的水化物，在一定程文集．长沙：湖南大学出版社，1989：32-34．度上对高温形成的微裂缝进行了修补，减少了由于[7]朱伯龙，陆洲导，吴虎南．房屋结构灾害检测与加固[M]．上高温造成的损害。海：同济大学出版社，1995：16—18．800℃喷水后，除了产生爆裂的砂浆试块外，没[8]中华人民共和国建设部．JCJ／T98—2000砌筑砂浆配合比设计规程[s]．北京：中国建筑工业出版社，2001．有发生爆裂的砂浆，其强度约降至室温时的一半，但[9]中华人民共和国建设部．JGJ70—90建筑砂浆基本性能试验方仍比自然冷却后砂浆的强度有较大提高。这是由于法[s]．北京：中国建筑工业出版社，1991．砂浆成分中的Ca(OH)：分解后产生的CaO喷水后