機(jī)制砂C高強(qiáng)混凝土耐火性能及其改善措施的

機(jī)制砂C60高強(qiáng)混凝土耐火性能及其改善措施的研究當(dāng)前國(guó)家倡導(dǎo)發(fā)展節(jié)能省地型建筑,城市建筑越來(lái)越朝著高層與大跨度發(fā)展,高強(qiáng)化是混凝土發(fā)展和應(yīng)用的主要方向之一。本文針對(duì)用機(jī)制砂配制的C60高強(qiáng)混凝土的耐火性以及相關(guān)改善措施進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)摻入摻合料、不同纖維配制的高強(qiáng)混凝土的在高溫下的殘余強(qiáng)度和質(zhì)量損失的研究,為用地方性原材料配制高強(qiáng)混凝土提出了有效改善耐火性的技術(shù)措施。0概述隨著工程結(jié)構(gòu)向大跨度、高層與超高層及超大型方向發(fā)展,對(duì)混凝土性能也提出了更高的要求。目前高強(qiáng)化和高性能化已成為混凝土技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。然而,人們對(duì)高強(qiáng)混凝土在火災(zāi)高溫下/后有關(guān)性能的變化卻知之甚少。在突發(fā)火災(zāi)時(shí),高強(qiáng)混凝土不同于一般的混凝土,它水膠比小、強(qiáng)度高、脆性大、早期收縮大、高溫時(shí)易發(fā)生爆裂崩塌。如何改善高強(qiáng)混凝土的耐火性,如何延緩混凝土的失效時(shí)間,從而提高安全性就顯得尤為重要,研究高強(qiáng)混凝土的耐火性具有重要意義[1~5]。鑒于以上原因,云南***混凝土有限公司與中國(guó)***科學(xué)研究院建材所合作,利用云南省地方性原材料機(jī)制砂與山砂混合作為細(xì)骨料,配制強(qiáng)度等級(jí)為C60的高強(qiáng)混凝土,對(duì)其耐火性能及改善措施進(jìn)行初步研究。1研究?jī)?nèi)容研究采用的試驗(yàn)方法和技術(shù)路線(xiàn)是通過(guò)對(duì)普通河砂配制的混凝土與地方材料機(jī)制砂、山砂配制的C60混凝土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),對(duì)受火前后混凝土的抗壓強(qiáng)度和質(zhì)量損失進(jìn)行測(cè)試,揭示混凝土高溫受火的變化規(guī)律及改善程度。2試驗(yàn)依據(jù)混凝土試件耐火試驗(yàn)按照GB/T9978-1999《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》進(jìn)行。3原材料(1)水泥:北京拉法基P.O42.5水泥,3d抗壓強(qiáng)度23.5MPa,28d抗壓強(qiáng)度49.5MPa。(2)粗骨料:北京門(mén)頭溝石灰石碎石,5～31.5連續(xù)級(jí)配,表觀密度2750kg/m3,含泥量0.5%。(3)細(xì)骨料:北京產(chǎn)河砂,細(xì)度模數(shù)2.2,二區(qū)級(jí)配;昆明建工砂石料公司生產(chǎn)機(jī)制砂,細(xì)度模數(shù)3.5,生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)水洗,0.08mm顆粒含量<3.0%;昆明龍?zhí)渡缴?細(xì)度模數(shù)1.1,小于0.08mm粉末含量為6.7%。(4)外加劑:四川科帥KS-JS聚羧酸減水劑,含固量20%,PH值7.0,減水率>25%。(5)摻合料:昆明電廠三級(jí)粉煤灰與昆鋼高爐礦渣按50%比例復(fù)合粉磨生產(chǎn)的FS50復(fù)合摻合料,28d活性84%,細(xì)度2.5%。(6)鋼纖維(SF):天津薊縣***工貿(mào)有限公司生產(chǎn),長(zhǎng)徑比60,鋼纖維斷面面積為0.196mm2,等效直徑為0.5mm,最小抗拉強(qiáng)度為1200MPa。(7)有機(jī)纖維:聚丙烯纖維(PP):北京****科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的建特堅(jiān)牌聚丙烯纖維(PP)和聚丙烯腈纖維(PANB),基本物理性能見(jiàn)表1。4混凝土耐火試驗(yàn)研究4.1試驗(yàn)配合比為了較全面的研究C60混凝土高溫受火后的殘余強(qiáng)度,試驗(yàn)配合比中分別針對(duì)普通河砂和機(jī)制砂、山砂混凝土設(shè)計(jì)了配合比,配合比中膠凝材料總量、復(fù)合摻合料、水膠比相同,分別對(duì)無(wú)摻合料、添加復(fù)合摻合料、無(wú)纖維、單摻纖維(包括鋼纖維、聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維)、混雜纖維(鋼纖維與聚丙烯纖維混雜、鋼纖維與聚丙烯腈混雜、聚丙烯纖維與聚丙烯腈纖維混雜)等配合比進(jìn)行試驗(yàn)研究。本試驗(yàn)研究共設(shè)計(jì)了16個(gè)配比,通過(guò)調(diào)整外加劑摻量使其工作性基本在相同的范圍內(nèi)。配合比設(shè)計(jì)方案詳見(jiàn)表2、表3。備注:1、SF為鋼纖維;PP為聚丙烯纖維;PANB為聚丙烯腈纖維;2、HZX1為鋼纖維與聚丙烯纖維按相同體積百分比混雜;HZX2為鋼纖維與聚丙烯腈纖維按相同體積百分比混雜;HZX3為聚丙烯纖維與聚丙烯腈纖維按相同體積百分比混雜。4.2耐火試驗(yàn)情況耐火試驗(yàn)在國(guó)家建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心耐火質(zhì)檢室進(jìn)行,試驗(yàn)方法按照國(guó)標(biāo)《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》GB/T9978-1999進(jìn)行。試件尺寸為100mm×100mm,共計(jì)75塊,試件在爐內(nèi)以品字形花格狀放置,試件各面均可受火。試驗(yàn)初始爐溫為27℃本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩種高溫受火方式,第一種受火方式:從室溫升溫至600℃恒溫1.0h后,自然冷卻至室溫,測(cè)其殘余強(qiáng)度值和質(zhì)量損失。第二種受火方式:按GB/T9978-1999《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》按標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)(見(jiàn)圖1)升溫1.0h爐內(nèi)平均溫度達(dá)到886.2℃后,自然冷卻至室溫,測(cè)其殘余強(qiáng)度值和質(zhì)量損失。試驗(yàn)照片見(jiàn)圖2、圖3。4.3試驗(yàn)結(jié)果表4和表5分別是C60普通河砂混凝土試件和C60機(jī)制砂混凝土試件受火至600℃恒溫1h的試驗(yàn)結(jié)果;表6和表7分別是C60普通河砂混凝備注:受火后的抗壓強(qiáng)度和受火后的質(zhì)量是指試件受火后自然冷卻至室溫后所測(cè)得的試件抗壓強(qiáng)度和試件質(zhì)量。土試件和C60機(jī)制砂混凝土試件按標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)升溫1h爐內(nèi)平均溫/達(dá)到886.2℃的試驗(yàn)結(jié)果。5試驗(yàn)結(jié)果與討論分析5.1用河砂與機(jī)制砂配制的兩批混凝土在第一種受火方式(至600℃恒溫1h后)下的強(qiáng)度試驗(yàn)研究根據(jù)圖4、圖5以及表4、表5中的數(shù)據(jù)可以看出,對(duì)于兩批混凝土,在經(jīng)受600℃高溫后,其強(qiáng)度損失不十分明顯,并且總體規(guī)律有一定不同的地方,具體分析如下:(1)受火前后混凝土強(qiáng)度有所減低,但其它總體差異很小,平均強(qiáng)度損失只有5%,可認(rèn)為在第一種受火方式下有較好的耐火性,基本不會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生明顯危害。(2)說(shuō)明第一種受火方式試驗(yàn)敏感性不夠,不足以達(dá)到試驗(yàn)研究目的。(3)從試驗(yàn)的試件上觀察,個(gè)別摻加混雜纖維試件強(qiáng)度降低略明顯,是由于高溫使纖維熔化產(chǎn)生混凝土細(xì)微缺陷所致。(4)在這種受火方式下,未摻纖維機(jī)制砂混凝土已初步表現(xiàn)出耐火性低于摻加纖維機(jī)制砂混凝土。其強(qiáng)度下降相對(duì)比較明顯達(dá)到了11%和13%以上。5.2用河砂與機(jī)制砂配制的兩批混凝土在第二種受火方式(至886℃恒溫1h后)的試驗(yàn)研究根據(jù)圖6、圖7以及表4、表5中的數(shù)據(jù)可以看出,對(duì)于兩批混凝土,在經(jīng)受800℃以上高溫后,其強(qiáng)度損失明顯,平均強(qiáng)度損失達(dá)到了50%,并且摻合料及纖維對(duì)混凝土的影響總體規(guī)律相似,具體分析如下:(1)在不摻纖維的混凝土中,摻入復(fù)合摻合料,起不到改善混凝土耐火性的目的。其強(qiáng)度損失和基準(zhǔn)混凝土一樣。(2)加入纖維的混凝土,耐火性能有明顯的改善,普通河砂混凝土平均提高了29%,機(jī)制砂混凝土平均提高了40%。(3)摻混雜纖維的混凝土比單纖維的混凝土耐火效果好,并且三種單獨(dú)的纖維效果基本一致,無(wú)明顯區(qū)別,相差5%以?xún)?nèi)。普通河砂混凝土單摻一種纖維平均強(qiáng)度損失為51%,摻入混和纖維平均強(qiáng)度損失為39%,較單摻提高12%;機(jī)制砂混凝土單摻一種纖維平均強(qiáng)度損失為47%,摻入混和纖維平均強(qiáng)度損失為29%,較單摻提高18%。(4)摻加混雜纖維的混凝土,受火后強(qiáng)度比未摻纖維的混凝土提高約20%以上。(5)在800℃高溫下對(duì)機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度影響較大,不摻纖維的機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度損失比河砂混凝土大4%左右。但是摻入纖維以后,對(duì)機(jī)制砂混凝土的改善作用明顯好于普通砂混凝土,強(qiáng)度損失較河砂混凝土平均小7%。由此看來(lái),機(jī)制砂混凝土對(duì)高溫和相對(duì)應(yīng)的改善措施都比較敏感。5.3C60混凝土試件高溫受火后的質(zhì)量損失研究分析5.3.1C60普通砂混凝土在兩種受火方式下的質(zhì)量損失從圖8、圖9并結(jié)合表6、表7中可以看出,對(duì)于兩批混凝土,在經(jīng)受600℃與800℃以上高溫后,其強(qiáng)度損失的規(guī)律與受火后強(qiáng)度變化規(guī)律類(lèi)似,具體分析如下:(1)在第一種受火方式下,其質(zhì)量損失總體上變化很小,平均重量損失2.8%;而在第二種受火方式下,其質(zhì)量損失總體上較大,平均質(zhì)量損失達(dá)到了27.2%。(2)在受火比較嚴(yán)厲的第二種受火方式下,無(wú)纖維混凝土質(zhì)量損失較大,有纖維混凝土質(zhì)量損失相對(duì)較小;(3)在第二種受火方式下,混雜纖維混凝土的質(zhì)量損失要小于單摻纖維混凝土。(4)第一種受火方式中所有混凝土試件沒(méi)有發(fā)生爆裂現(xiàn)象;第二種受火方式引發(fā)混凝土試件有不同程度的爆裂。(5)與普通河砂混凝土相比,機(jī)制砂混凝土受火后的質(zhì)量損失比河砂混凝土的大,平均大于7%。如同對(duì)強(qiáng)度影響一樣。6主要結(jié)論(1)按《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》(GB/T9978—1999),在標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)升溫1h、爐內(nèi)平均溫度為886.2℃的情況下,摻加鋼纖維或和合成纖維可明顯減少C60高強(qiáng)普通砂混凝土和機(jī)制砂混凝土受火后強(qiáng)度的損失,從而改善耐火性能。(2)單摻纖維的C60高強(qiáng)混凝土受火后強(qiáng)度較未摻纖維混凝土有明顯提高,機(jī)制砂混凝土提高31%,而普通河砂混凝土提高23%。(3)對(duì)于C60高強(qiáng)機(jī)制砂和普通河砂混凝土而言,摻加混和纖維,對(duì)改善耐火性有明顯提高,比單摻平均可以提高12%~18%以上。(4)摻加纖維機(jī)制砂混凝土受火后質(zhì)量變化規(guī)律與強(qiáng)度變化規(guī)律基本類(lèi)同。(5)在標(biāo)準(zhǔn)升溫1h爐內(nèi)平均溫度886.2℃情況下,混凝土有出現(xiàn)爆裂破壞的明顯現(xiàn)象。(6)對(duì)于C60普通河砂混凝土而言,從室溫升溫到600℃并恒溫1h,對(duì)混凝土強(qiáng)度沒(méi)有明顯的影響;對(duì)于C60機(jī)制砂混凝土而言,如果不添加纖維,其強(qiáng)度下降會(huì)達(dá)到10%以上,如添加了纖維,則