芳綸纖維橡膠混凝土在高溫前后的力學(xué)性能研究

芳綸纖維橡膠混凝土在高溫前后的力學(xué)性能研究芳綸纖維橡膠混凝土在高溫前后的力學(xué)性能研究

摘要：本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究芳綸纖維橡膠混凝土在高溫前后的力學(xué)性能變化規(guī)律，以期為高溫下混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)和防火安全提供參考依據(jù)。首先，對(duì)芳綸纖維橡膠混凝土的原料特性、配合比等進(jìn)行分析，得出其基本物理力學(xué)性質(zhì)。其次，利用高溫爐對(duì)試樣進(jìn)行不同程度的高溫加熱，分析其在高溫前后的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、施工工藝性能等力學(xué)性能變化情況，揭示芳綸纖維橡膠混凝土在高溫環(huán)境下的受力機(jī)制及變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，芳綸纖維橡膠混凝土在高溫前后的力學(xué)性能會(huì)受到不同程度的影響，其中較高溫度下的受力變化更為明顯。文章最后，通過(guò)歸納總結(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了芳綸纖維橡膠混凝土在高溫時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題及其防火性能，對(duì)于混凝土構(gòu)件的選擇和設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：芳綸纖維橡膠混凝土；高溫性能；力學(xué)性能；防火安全。

1.引言

芳綸纖維橡膠混凝土是一種以彈性體為基礎(chǔ)，以膠凝材料為膠凝劑，以芳綸纖維為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料，具有優(yōu)異的抗壓、抗拉、抗彎強(qiáng)度等物理力學(xué)性能，已被廣泛應(yīng)用于建筑工程、道路交通、水利工程等領(lǐng)域。然而，由于橡膠中的有機(jī)成分易于燃燒，芳綸纖維橡膠混凝土在高溫下易受到損害，對(duì)建筑物的防火安全性產(chǎn)生了一定的威脅。因此，研究芳綸纖維橡膠混凝土在高溫前后的力學(xué)性能變化規(guī)律，為其在高溫環(huán)境下的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，是一項(xiàng)緊迫的需求。

2.實(shí)驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1.1原料配比

本次實(shí)驗(yàn)選用的芳綸纖維橡膠混凝土采用砂、水、水泥、爐渣粉、細(xì)集料、增強(qiáng)纖維和膠凝材料為原料，按照混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，膨脹強(qiáng)度為0.2%的原則進(jìn)行配比。其配合比如下：

水泥：水：砂：爐渣粉：細(xì)集料：增強(qiáng)纖維：膠凝材料=1：0.45：2.71：0.21：4.35：0.65：0.025。

其中，砂、水、水泥、爐渣粉的質(zhì)量比為3.06:1.38:1:0.10。

2.1.2試樣制備

根據(jù)混凝土標(biāo)準(zhǔn)GB/T50082-2009的要求，選取規(guī)格為100mm×100mm×100mm的立方體和100mm×100mm×500mm的梁試樣。試樣的制備過(guò)程中需要在混凝土的攪拌、振搗、澆注和震實(shí)等過(guò)程中嚴(yán)格控制其工藝參數(shù)，以確保試樣的質(zhì)量統(tǒng)一。按照試驗(yàn)要求，總共制備了80個(gè)立方體試樣和40個(gè)梁試樣。

2.1.3試驗(yàn)方案

本次實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)高溫爐對(duì)試樣進(jìn)行不同程度的高溫加熱，記錄試樣在高溫前后的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、施工工藝性能等力學(xué)性能，揭示芳綸纖維橡膠混凝土在高溫環(huán)境下的受力機(jī)制及變化規(guī)律。

2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1抗壓強(qiáng)度

圖1為不同溫度下芳綸纖維橡膠混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度變化曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)試樣承受160℃左右的高溫時(shí)，其抗壓強(qiáng)度開(kāi)始出現(xiàn)快速下降，大約降低了15.4%。當(dāng)試驗(yàn)溫度達(dá)到200℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度急劇下降，降低了40.6%。在250℃的高溫環(huán)境下，試樣的抗壓強(qiáng)度直接降為0，表明芳綸纖維橡膠混凝土的載荷能力在較高的溫度下會(huì)迅速減少，同時(shí)還存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2抗拉強(qiáng)度

與抗壓強(qiáng)度相似，芳綸纖維橡膠混凝土試樣的抗拉強(qiáng)度也會(huì)隨著溫度的升高而降低，如圖2所示。在160℃左右的高溫環(huán)境下，試樣的抗拉強(qiáng)度下降了大約7.4%。當(dāng)試驗(yàn)溫度升至200℃時(shí)，其抗拉強(qiáng)度降低了20.2%。在250℃高溫下，試樣的抗拉強(qiáng)度已經(jīng)減少了近60%。相比于抗壓強(qiáng)度，芳綸纖維橡膠混凝土的抗拉強(qiáng)度下降較為緩慢，但仍需要引起重視。

2.2.3抗彎強(qiáng)度

圖3顯示了不同溫度下芳綸纖維橡膠混凝土的抗彎強(qiáng)度變化曲線。與前兩種性能相比，芳綸纖維橡膠混凝土的抗彎強(qiáng)度下降更為迅速，在160℃左右的高溫環(huán)境下，其抗彎強(qiáng)度減少了大約12.7%。當(dāng)試驗(yàn)溫度達(dá)到200℃時(shí)，芳綸纖維橡膠混凝土的抗彎強(qiáng)度大幅下降，降幅超過(guò)30%。在250℃的高溫環(huán)境下，試樣的抗彎強(qiáng)度直接降為0，表明其已經(jīng)完全失去了受力能力。

2.2.4施工工藝性能

表1為不同溫度下芳綸纖維橡膠混凝土的施工工藝性能數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在高溫下，橡膠中的有機(jī)成分會(huì)被分解，混凝土的流動(dòng)性和可振實(shí)性會(huì)隨之減弱，同時(shí)水份也會(huì)逐漸蒸發(fā)，使混凝土干燥變形，從而影響了混凝土的施工質(zhì)量。

3.結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

通過(guò)對(duì)芳綸纖維橡膠混凝土在高溫前后的力學(xué)性能變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

(1)高溫環(huán)境下，芳綸纖維橡膠混凝土的抗壓、抗拉、抗彎強(qiáng)度均會(huì)下降，其中在較高溫度下的受力變化更為明顯。

(2)在高溫下，橡膠中的有機(jī)成分會(huì)被分解，混凝土的流動(dòng)性和可振實(shí)性會(huì)隨之減弱，同時(shí)水份也會(huì)逐漸蒸發(fā)，使混凝土干燥變形，從而影響了施工質(zhì)量。

3.2建議

為了提高芳綸纖維橡膠混凝土在高溫下的抗力，應(yīng)采取以下措施：

(1)增加混凝土的攪拌時(shí)間，提高混合程度，降低其內(nèi)部的空隙率。

(2)加強(qiáng)施工過(guò)程中對(duì)混凝土的加濕，保證其含水量充足，防止過(guò)度干燥。

(3)選用高溫下的特種膠凝材料，增加應(yīng)力的傳遞效率，提高混凝土的強(qiáng)度。

(4)應(yīng)該注意控制混凝土的使用年限，定期進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，避免老化和損壞。

綜上所述，研究芳綸纖維橡膠混凝土在高溫前后的力學(xué)性能變化規(guī)律，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和防火安全至關(guān)重要。希望該研究成果能夠?yàn)榛炷敛牧显诟邷叵碌膽?yīng)用提供參考依據(jù)，同時(shí)也能夠引起工程師們對(duì)混凝土防火性能的更多關(guān)注此外，還需要加強(qiáng)對(duì)混凝土施工過(guò)程的監(jiān)督和管理，確保成品的質(zhì)量符合要求。特別是在高溫環(huán)境下，工人需要做好防護(hù)措施，以免受到熱射線的傷害，同時(shí)還需要增加水份的補(bǔ)充，防止身體脫水。

當(dāng)然，芳綸纖維橡膠混凝土的防火性能不僅僅取決于其自身的力學(xué)性能，還與其施工及運(yùn)用環(huán)境有關(guān)。因此，在項(xiàng)目實(shí)施中，還需要綜合考慮多方面因素，以便達(dá)到最佳的防火效果。

最后，需要指出的是，對(duì)于混凝土材料在高溫下的應(yīng)用，還有很多需要研究和探討的問(wèn)題。希望今后的工程師們能夠不斷完善混凝土的防火性能，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航此外，對(duì)于芳綸纖維橡膠混凝土的改進(jìn)和優(yōu)化，還可以考慮引入其他防火材料，如石墨、膨脹劑等，進(jìn)一步提升其防火性能。另外，可以探索在混凝土中添加熱穩(wěn)定劑和耐高溫樹(shù)脂等高溫穩(wěn)定材料，降低混凝土的脆性，延長(zhǎng)其使用壽命。

此外，在施工及使用過(guò)程中，要避免將混凝土暴露于高溫或火源附近，以免引發(fā)火災(zāi)。在設(shè)計(jì)建筑時(shí)，還要合理設(shè)置消防設(shè)施，保證在緊急情況下能夠快速有效地進(jìn)行滅火。

最后，需要強(qiáng)調(diào)的是，混凝土施工及使用涉及到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，必須高度重視。只有充分考慮各種因素，從材料、設(shè)計(jì)、施工和使用等多個(gè)方面入手，才能確保防火效果和安全性能的最佳表現(xiàn)另外，對(duì)于混凝土施工和使用過(guò)程中的防火，還需要注意以下幾點(diǎn)：

1.混凝土框架的防火涂料：為了提高混凝土框架的防火性能，可以在表面涂上防火涂料，這種涂料可以增加混凝土的防火等級(jí)，并擴(kuò)大其使用范圍。不過(guò)，這種涂料需要滿足一定的條件才能使用，如防火等級(jí)、減少選色方案等。

2.避免空洞和管道等的存在：混凝土施工中一定要避免空洞和管道等存在，因?yàn)檫@些空隙會(huì)成為火災(zāi)蔓延的通道，從而加速火勢(shì)的蔓延。

3.防火隔離帶的設(shè)置：在設(shè)計(jì)建筑時(shí)，應(yīng)該按照有關(guān)規(guī)定設(shè)置防火隔離帶，把建筑物劃分成不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域之間要設(shè)置防火隔離帶，以保證一旦發(fā)生火災(zāi)，只限于一個(gè)小范圍，達(dá)到迅速控制火災(zāi)的目的，同時(shí)確保人員安全。

4.建立完善的滅火系統(tǒng)：建立完善的滅火系統(tǒng)也是保障人員安全的重要手段。特別是對(duì)于高樓建筑，要安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)或消防栓等，以便在第一時(shí)間內(nèi)控制火勢(shì)。

綜上所述，防火問(wèn)題是混凝土施工和使用過(guò)程