高温后纤维混凝土力学性能研究.pdf

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２０１６年第５期（总第１８２期）江西建材应用研究高温后纤维混凝土力学性能研究■郑腰华■江西铁建工程检测有限公司，江西南昌３３０００２摘要：研究了普通混凝土、聚丙烯纤维混凝、钢纤维混凝土及混杂纤维混凝土钢纤维来自浙江博恩金属制品有限公司，性能参数如表２所示。高温后的抗压强度、抗折强度及力学性能残余率的变化规律。结果表表１聚丙烯纤维性能参数明，混凝土的力学性能随着温度的升高而逐渐降低；温度小于４００℃时，３密度（ｇ／ｃｍ）熔点（℃）抗拉强度（ＭＰａ）弹性模量（ＧＰａ）拉伸极限（％）长度（ｍｍ）聚丙烯纤维混凝土力学性能有所改善，温度大于４００℃时，改善作用不明０．９１１６８＞３５８＞３．５１５６显；８００℃时，钢纤维混凝土力学性能残余率都较高；混杂纤维混凝土抗表２钢纤维性能参数压强度改善作用最显著，残余率最高。关键词：高温纤维混凝土力学性能密度（ｇ／ｃｍ３）长度（ｍｍ）抗拉强度（ＭＰａ）直径（ｍｍ）７．８３２０＞７０００．５我国城市化水平的迅速提高，带动建筑业的飞速发展。房屋密集１．２试验方法程度加大，高层超高层建筑越来越多，人口居住密度不断增大，建筑物抗压强度试件采用１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ模具成型，抗折强度发生火灾的概率明显加大。建筑物一旦发生了火灾，将给人民群众的试件采用１００ｍｍ×１００ｍｍ×４００ｍｍ模具成型。１ｄ后脱模，在标准养护［１，２］生命财产和安全造成巨大的损失。据统计，现阶段我国每年发生室中养护至２８ｄ龄期进行相应测试。的火灾中，建筑火灾占火灾总数的一半以上，直接经济损失占火灾总损高温炉升温速度为１０℃／ｍｉｎ，分别升高至２００℃、４００℃、６００℃和［３］失的８０％以上。８００℃，保持３ｈ以保证试件内外温度一致，加热结束后自然冷却，７ｄ后混凝土以其取材方便、制备简单、适应性强等特点，被作为结构的进行力学性能测试。主导材料大量应用于土建工程中，并且还将会长期占据土木工程领域１．３混凝土配合比的主导地位。纤维混凝土是以混凝土为基体，以金属纤维或有机纤维以强度等级为Ｃ４０混凝土为研究对象，研究其高温后力学性能的增强材料组成的一种水泥基复合材料，最常见的纤维就是钢纤维、聚丙变化。配合比如表３所示，其中纤维量按照体积掺量掺入。［４～６］烯纤维及二者混杂使用。掺入的纤维可以有效地克服混凝土抗表３混凝土配合比［７，８］拉强度低、易开裂、抗疲劳性能差等固有缺陷。聚丙烯纤维混凝水泥砂石子聚丙烯钢纤维编号Ｗ／Ｂ土、钢纤维混凝土及混杂纤维混凝土在工程中实际都有大量的应用，因（ｋｇ／ｍ３）（ｋｇ／ｍ３）（ｋｇ／ｍ３）纤维（％）（％）此研究其高温后的力学性能变化十分有必要。Ｃ５００５５８１１２６０．４４００研究普通混凝土、聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土及混杂纤维混ＰＦＲＣ５００５５８１１２６０．４４１．００凝土在高温后力学性能的变化及残余值，对火灾后建筑物的安全评定ＳＦＲＣ５００５５８１１２６０．４４０１．０及加固提供指导。１原材料及试验方法ＨＦＲＣ５００５５８１１２６０．４４０．５０．５１．１原材料２结果与讨论江西海螺Ｐ·Ｏ４２．５普通硅酸盐水泥；江西德安碎石，５～２０ｍｍ连２．１纤维混凝土高温后抗压强度变化续级配；赣江中砂，细度模数２．７，含泥量０．８％。普通混凝土及纤维混凝土在２０℃、２００℃、４００℃、６００℃和８００℃后聚丙烯纤维由长沙博赛特建筑工程材料有限公司提供，性能参数抗压强度值及抗压强度残余率如图１、图２所示。如表１所示；如图１所示，普通混凝土及纤维混凝土抗压强度值都随着温度的檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪度；微集料反应是由于掺和料都是粒径很小的微珠和碎屑，极细小的微参考文献珠相当于活泼的纳米材料，能明显的改善和增强混凝土及制品的结构［１］王程，施惠生．废弃混凝土再生利用技术的研究进展［Ｊ］．材料导强度，提高匀质性和致密性。报，２０１０（０１）：１２０－１２４．掺加煅烧硅藻土和硅粉的对照试验中，掺加煅烧硅藻土的强度更［２］吕志英．混凝土再生骨料的研究动态与发展趋势［Ｊ］．混凝土，２０１０高，主要由于硅粉主要起到提高早期强度的作用，而煅烧硅藻土和硅粉（０６）：７７－８２．都属于成本较高的矿物掺合料，煅烧硅藻土可以在更少的掺量时达到［３］梅迎军，郑建华．再生混凝土集料研究进展［Ｊ］．混凝土，２０１０（０１）：最佳的强度。同时由于煅烧硅藻土具有多孔的特性［９］，掺加煅烧硅藻８９－９３．土的混凝土具有一定的隔音和隔热特性。在对早期强度没有严格要求［４］侯星宇．再生混凝土研究综述［Ｊ］．混凝土，２０１１（０７）：９７－１０３．的情况下，选择煅烧硅藻土综合起来优于硅粉。［５］ＲＹＵＪＳ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅｃｙｃｌｅｄａｇｇｒｅｇａｔｅｏｎ３结论ｃｏｎｃｒｅｔｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．ＭａｇａｚｉｎｅｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅＲｅｓｅａｒｃｈ，２００１，５４（１）：７（１）掺加粉煤灰和煅烧硅藻土的再生混凝土的破坏形态与普通混－１２．凝土相同。［６］李占印．再生骨料混凝土性能的试验研究［Ｄ］．西安：西安建筑科技（２）双掺粉煤灰和煅烧硅藻土的再生混凝土的抗压强度随粉煤灰大学，２００４．和煅烧硅藻土掺量的增加都表现出先增加再降低的情况，并在粉煤灰［７］肖建庄，李佳彬等．再生混凝土的抗压强度研究［Ｊ］．同济大学学掺量２０％、煅烧硅藻土掺量５％时达到最佳强度，略低于同配合比的普报，２００４（１２）：１５５８－１５６１．通混凝土［８］陈杨升．矿物掺合料微细集料效应和形态效应的研究［Ｄ］．广州：华（３）在粉煤灰掺量相同时，掺加煅烧硅藻土比硅粉更容易在较低的南理工大学，２０１１．掺量下达到最佳强度，而且掺加煅烧硅藻土具有一定的隔音和隔热特性。作者简介：片星军（１９８８年生），男，在读硕士；通讯作者：李佰寿（１９５４年生），指导教师，男，硕士生导师，教授。·６· 钙和水化铝酸钙开始脱水，同时大量水蒸气的外逸冲刷和挤胀作用，又扩大了裂纹和孔隙，使水泥浆体中孔隙平均尺寸和微裂纹迅速增大，混凝土力学性能进一步降低。５００℃时，水泥石中的氢氧化钙晶体受热分［１０］解，引起吸热反应，孔隙含量急剧增加；硅质骨料中的二氧化硅晶体发生相而体积膨胀，骨料体积的增加使得骨料与水泥浆体之间的裂缝增大。６００℃时，孔隙水完全失去，混凝土宏观破坏开始，因而其力学性［１１］能大幅下降，在６００～７００℃之间Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶分解。８００℃时石灰岩骨料膨胀、开裂，并产生二氧化碳气体，混凝土强度进一步降低。聚丙烯纤维熔点较低（１６８℃），在高温下熔解而失去作用，但因其升高而降低，在相同温度条件下，各组混凝土抗压强度值的大小都呈现液态体积远小于固态所占空间，于是形成众多小孔隙，并由于聚丙烯纤如下规律：普通混凝土＜聚丙烯纤维混凝土＜混杂纤维混凝土＜钢纤维分散的均匀性及纤维细小且量又多，使得混凝土内部孔结构发生了维混凝土。如图２所示，普通混凝土及纤维混凝土抗压强度残余率都变化，孔隙的连通性加强，为混凝土内部水分的分解蒸发提供了通道，随着温度的升高而降低，在相同温度条件下，各组混凝土抗压强度残余从而缓解了由于水分膨胀所形成的分压，使内部压力大大降低，从而降率变化规律与强度值变化规律有所不同：普通混凝土＜聚丙烯纤维混低了水蒸气的冲刷和挤胀作用，降低裂纹的扩展［１２］。因此在温度小于凝土＜钢纤维混凝土＜混杂纤维混凝土。这说明纤维混凝土较普通混４００℃时，聚丙烯纤维混凝土强度显著大于普通混凝土。钢纤维熔点凝土具有更高的耐高温性能。高，自身力学性能受温度影响较小，另外，钢纤维的桥接作用和阻裂作不同温度条件下，各组混凝土受温度影响也不尽相同。２００℃时，用限制了混凝土在温度急剧变化和高温环境下产生的体积变化，减轻普通混凝土抗压强度残余率为７９％，而纤维混凝土都保持在８５％～了混凝土内部微缺陷的引发和扩展，使混凝土在高温条件下表现出较８８％之间；４００℃时，普通混凝土抗压强度残余率只有５４％，纤维混凝好的力学性能［１３］。土达到７０％～７３％；６００℃时，普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的抗压３结论强度残余率为３８％左右，钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土抗压强度残（１）混凝土及纤维混凝土的抗压强度、抗折强度及其残余率都随余率大于５０％；８００℃时，普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的抗压强度着温度的升高而降低。残余率为２３％左右，钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土抗压强度仍具有（２）纤维的掺入对混凝土高温力学性能具有改善作用，聚丙烯纤３３％残余。普通混凝土随着温度的增加，都呈现出明显的强度损失；当维在温度不超过４００℃时改善作用显著，钢纤维在８００℃时改善作用仍温度小于４００℃时，纤维混凝土都具有很高的抗压强度残余率，当温度明显。大于４００℃时，聚丙烯纤维混凝土抗压强度残余率显著降低；钢纤维混（３）混杂纤维混凝土高温后抗压强度残余率最高。凝土和混杂纤维混凝土在不同温度条件下，都具有较高的抗压强度残余率。参考文献２．２纤维混凝土高温后抗折强度变化［１］李海江．２０００－２００８年全国重特大火灾统计分析［Ｊ］．火灾科学，普通混凝土及纤维混凝土在２０℃、２００℃、４００℃、６００℃和８００℃后２０１０（１８）：６４－６９．抗折强度值及抗压强度残余率如图３、图４所示。［２］王亚军，黄平．２００５年９－１０月国内安全事故统计分析［Ｊ］．安全与环境学报，２００５，１２（６）：１２３－１２５．［３］王慧芳．聚丙烯纤维高强混凝土高温性能研究［Ｄ］．太原：太原理工大学，２０１１．［４］陈润锋，张国防，顾国芳．我国合成纤维混凝土研究与应用现状［Ｊ］．建筑材料学报，２００１，４（２）：１６７－１７３．［５］杨成，黄承逵，车轶，王伯昕．混杂纤维混凝土的力学性能及抗渗性能［Ｊ］．建筑材料学报，２００８，１１（１）：８９－９３．［６］王冲，林鸿斌，杨长辉，等．钢纤维自密实高强混凝土的制备技术［Ｊ］．土木建筑与环境，２０１３，３５（２）：１２９－１３４．如图３所示，各组混凝土抗折强度值都随着温度的升高而降低，在［７］ＬａｕＡ，ＡｎｓｏｎＭ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｎｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｔｅｅｌ相同温度条件下，各组混凝土抗折强度值的大小与抗压强度具有相同ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．ＣｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｃｒｅｔｅＲｅｓｅａｒｃｈ，２００６（６）：规律，不同的是，钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土的抗折强度明显高于１６９８－１７０７．普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土。如图４所示，各组混凝土抗折强度［８］ＱｉａｎＣＸ，Ｐａｔｎａｉｋｕｎｉｉｎｄｕｂｈｕｓｈａｎ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌ残余率都随着温度的升高而降低；２００℃、４００℃和６００℃条件下，各组ｆｉｂｅｒ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓｉｎｂｅｎｄｉｎｇ［Ｊ］．ＣｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｃｒｅｔｅ混凝土抗折强度残余率规律相同：混杂纤维混凝土＜钢纤维混凝土＜Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，１９９９（２１）：７３－８１．普通混凝土＜聚丙烯纤维混凝土，温度为８００℃时为：普通混凝土＜聚［９］ＹｅＧ，ＬｉｕＸ，ＳｃｈｕｔｔｅｒＧＤ，ｅｔａｌ．Ｐｈａｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒ丙烯纤维混凝土＜混杂纤维混凝土＜钢纤维混凝土。ａｌｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｅｌｆ－ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅａｔｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土的抗折强度在各个温度条件下都［Ｊ］．ＣｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｃｒｅｔｅＲｅｓｅａｒｃｈ，２００７，３７（６）：９７８－９８７．明显大于普通混凝土及聚丙烯纤维混凝土；聚丙烯纤维的掺入使得混［１０］ＰｉａｓｔａＪ，ＳａｗｉｃｚＺ，ＲｕｄｚｉｎｓｋｉＬ．Ｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈａｒｄｅｎｅｄ凝土抗折强度略有增长，但不明显；钢纤维和混杂纤维显著增加了混凝ｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅｄｕｅｔｏｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，土的抗折强度。在８００℃条件下，钢纤维混凝土的抗折强度仍大于１９８４，１７（４）：２９１－２９６７ＭＰａ，与２０℃时普通混凝土抗折强度相差不大（８．３ＭＰａ）。［１１］柴松华，杜红秀，阎蕊珍．高强混凝土高温后轴心抗压强度试验研２．３机理分析究［Ｊ］．硅酸盐通报，２０１３，３（１１）：２３４１－２３４５．混凝土及纤维混凝土在高温后力学性能发生明显变化，究其原因［１２］柳献，袁勇，叶光．聚丙烯纤维高温阻裂机理［Ｊ］．同济大学学报，主要分为以下两方面：一是混凝土自身原因，另一个是不同种类纤维的２００７，３５（７）：９５９－９６４．理化性能不同。［１３］赵军，高丹盈，王邦．高温后钢纤维高强混凝土力学性能试验研究２００℃时，自由水和物理结合水逸出，Ａｆｔ发生分解，水化产物有所［Ｊ］．混凝土，２００６（１１）：４－６．减少，水泥浆的热膨胀，会导致骨料水泥浆体界面处原始裂纹的发展，［９，］从而导致混凝土强度衰减。４００℃左右时，水泥浆体中的水化硅酸·７·