高溫后纖維混凝土力學(xué)性能

1、高溫后纖維混凝土力學(xué)性能 研究了平凡混凝土、聚丙烯纖維混凝、鋼纖維混凝土及混雜纖維混凝土高溫后的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及力學(xué)性能殘余率的變化邏輯。結(jié)果表明，混凝土的力學(xué)性能隨著溫度的上升而漸漸降低;溫度小于400時(shí)，聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能有所改善，溫度大于400時(shí)，改善作用不顯然;800時(shí)，鋼纖維混凝土力學(xué)性能殘余率都較高;混雜纖維混凝土抗壓強(qiáng)度改善作用最顯著，殘余率最高。 我國(guó)城市化水平的快速提高，帶動(dòng)建造業(yè)的飛快進(jìn)展。房屋密集程度加大，高層超高層建造越來(lái)越多，人口居住密度不斷增大，建造物發(fā)生火災(zāi)的概率顯然加大。建造物一旦發(fā)生了火災(zāi)，將給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)和平安造成巨大的損失1，2。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)

2、階段我國(guó)每年發(fā)生的火災(zāi)中，建造火災(zāi)占火災(zāi)總數(shù)的一半以上，直接經(jīng)濟(jì)損失占火災(zāi)總損失的80%以上3?；炷烈云淙〔谋憷?、制備容易、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，被作為結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)材料大量應(yīng)用于土建工程中，并且還將會(huì)長(zhǎng)期占領(lǐng)土木工程領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。 1原材料及實(shí)驗(yàn)方法 11原材料 江西海螺PO425平凡硅酸鹽水泥;江西德安碎石，520mm繼續(xù)級(jí)配;贛江中砂，細(xì)度模數(shù)27，含泥量08%。聚丙烯纖維由長(zhǎng)沙博賽特建造工程材料有限公司供應(yīng)，性能參數(shù)如表1所示：鋼纖維來(lái)自浙江博恩金屬制品有限公司，性能參數(shù)如表2所示。 12實(shí)驗(yàn)方法 抗壓強(qiáng)度試件采用100mm×100mm×100mm模具成型，抗折強(qiáng)度試件采

3、用100mm×100mm×400mm模具成型。1d后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至28d齡期舉行相應(yīng)測(cè)試。高溫爐升溫速度為10/min，分離上升至200、400、600和800，保持3h以保證試件內(nèi)外溫度全都，加熱結(jié)束后自然冷卻，7d后舉行力學(xué)性能測(cè)試。 13混凝土協(xié)作比 以強(qiáng)度等級(jí)為C40混凝土為研究對(duì)象，研究其高溫后力學(xué)性能的變化。協(xié)作比如表3所示，其中纖維量根據(jù)體積摻量摻入。 2結(jié)果與爭(zhēng)論 21纖維混凝土高溫后抗壓強(qiáng)度變化 平凡混凝土及纖維混凝土在20、200、400、600和800后抗壓強(qiáng)度值及抗壓強(qiáng)度殘余率如圖1、圖2所示。如圖1所示，平凡混凝土及纖維混凝土抗壓強(qiáng)度值

4、都隨著溫度的上升而降低，在相同溫度條件下，各組混凝土抗壓強(qiáng)度值的大小都展現(xiàn)如下邏輯:平凡混凝土聚丙烯纖維混凝土混雜纖維混凝土鋼纖維混凝土。如圖2所示，平凡混凝土及纖維混凝土抗壓強(qiáng)度殘余率都隨著溫度的上升而降低，在相同溫度條件下，各組混凝土抗壓強(qiáng)度殘余率變化邏輯與強(qiáng)度值變化邏輯有所不同:平凡混凝土聚丙烯纖維混凝土鋼纖維混凝土混雜纖維混凝土。這說(shuō)明纖維混凝土較平凡混凝土具有更高的耐高溫性能。不同溫度條件下，各組混凝土受溫度影響也不盡相同。 22纖維混凝土高溫后抗折強(qiáng)度變化 平凡混凝土及纖維混凝土在20、200、400、600和800后抗折強(qiáng)度值及抗壓強(qiáng)度殘余率如圖3、圖4所示。如圖3所示，各組混凝

5、土抗折強(qiáng)度值都隨著溫度的上升而降低，在相同溫度條件下，各組混凝土抗折強(qiáng)度值的大小與抗壓強(qiáng)度具有相同邏輯，不同的是，鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土的抗折強(qiáng)度顯然高于平凡混凝土和聚丙烯纖維混凝土。如圖4所示，各組混凝土抗折強(qiáng)度殘余率都隨著溫度的上升而降低;200、400和600條件下，各組混凝土抗折強(qiáng)度殘余率邏輯相同:混雜纖維混凝土鋼纖維混凝土平凡混凝土聚丙烯纖維混凝土，溫度為800時(shí)為:平凡混凝土聚丙烯纖維混凝土混雜纖維混凝土鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土的抗折強(qiáng)度在各個(gè)溫度條件下都顯然大于平凡混凝土及聚丙烯纖維混凝土;聚丙烯纖維的摻入使得混凝土抗折強(qiáng)度略有增長(zhǎng)，但不顯然;鋼纖維和混雜

6、纖維顯著增強(qiáng)了混凝土的抗折強(qiáng)度。 23機(jī)理分析 混凝土及纖維混凝土在高溫后力學(xué)性能發(fā)生顯然變化，究其緣由主要分為以下兩方面:一是混凝土自身緣由，另一個(gè)是不同種類纖維的理化性能不同。200時(shí)，自由水和物理結(jié)合水逸出，Aft發(fā)生分解，水化產(chǎn)物有所削減，水泥漿的熱膨脹，會(huì)導(dǎo)致骨料水泥漿體界面處原始裂紋的進(jìn)展，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度衰減9，。400左右時(shí)，水泥漿體中的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣開(kāi)頭脫水，同時(shí)大量水蒸氣的外逸沖刷和擠脹作用，又?jǐn)U大了裂紋和孔隙，使水泥漿體中孔隙平均尺寸和微裂紋快速增大，混凝土力學(xué)性能進(jìn)一步降低。500時(shí)，水泥石中的氫氧化鈣晶體受熱分解，引起吸熱反應(yīng)，孔隙含量急劇增強(qiáng)10;硅質(zhì)骨料

7、中的二氧化硅晶體發(fā)生相而體積膨脹，骨料體積的增強(qiáng)使得骨料與水泥漿體之間的裂縫增大。 600時(shí)，孔隙水徹低失去，混凝土宏觀破壞開(kāi)頭，因而其力學(xué)性能大幅下降，在600700之間CSH凝膠分解11。800時(shí)石灰?guī)r骨料膨脹、開(kāi)裂，并產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，混凝土強(qiáng)度進(jìn)一步降低。聚丙烯纖維熔點(diǎn)較低(168)，在高溫下熔解而失去作用，但因其液態(tài)體積遠(yuǎn)小于固態(tài)所占空間，于是形成眾多小孔隙，并因?yàn)榫郾├w維凝聚的勻稱性及纖維細(xì)小且量又多，使得混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，孔隙的連通性加強(qiáng)，為混凝土內(nèi)部水分的分解蒸發(fā)供應(yīng)了通道，從而緩解了因?yàn)樗峙蛎浰纬傻姆謮?，使?nèi)部壓力大大降低，從而降低了水蒸氣的沖刷和擠脹作用，降低裂紋的擴(kuò)展12。 3結(jié)論 (1)混凝土及纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及其殘余率都隨著溫度的上升而降低。(2)纖維的摻入對(duì)混凝土高溫力學(xué)性能具有改善作用，聚丙