研究結(jié)果表明, 含濕量是影響高性能混凝土高溫爆裂的主要因素。 高性能混凝土發(fā)生爆裂的溫度范圍是 350 ～ 450 ℃,爆裂的臨界含濕量為 63%～ 75%。 試件含濕量越高, 試件爆裂的頻率和損傷程度越大。 單摻體積分?jǐn)?shù)為0.05 %的網(wǎng)狀聚丙烯纖維或 P VA 纖維即可防止高性能混凝土發(fā)生高溫爆裂, 纖維摻量越高, 高性能混凝土高溫?fù)p傷程度越小。 聚丙烯網(wǎng)狀纖維和 PV A 纖維改善了高性能混凝土高溫后殘余抗壓強度、殘余劈拉強度和殘余斷裂能。

  火災(zāi)是大多數(shù)建筑物結(jié)構(gòu)的潛在危險之一, 一直以來都危害著人民的生命和財產(chǎn)的安全。隨著高性能混凝土(Hig h Performance Co ncrete , H PC)的廣泛應(yīng)用 , H PC 抗火性能已經(jīng)成為人們關(guān)注的問題。很多學(xué)者研究 發(fā)現(xiàn) , 比較普通強度混凝土(No rm al Streng th Co ncrete , NSC), H PC 在高溫下更容易發(fā)生爆裂 。由于 H PC 密實的微觀結(jié)構(gòu) ,混凝土內(nèi)部的水分在高溫下形成蒸汽壓而得不到及時釋放,當(dāng)蒸汽壓積累到一定程度, 就會導(dǎo)致 H PC 發(fā)生爆裂破壞。影響混凝土高溫爆裂的因素很多 ,包括溫升速率 、骨料組成、密實度、含濕量 、強度 、試塊大小等 , 其中含濕量和強度是兩個主要因素 。國內(nèi)外研究 表明 , 摻加聚丙烯纖維可以有效改善 H PC 的抗火性能, 由于聚丙烯網(wǎng)狀纖維熔點低(160 ～ 170 ℃), 在高溫下 ,聚丙烯纖維熔化形成的孔道為蒸汽壓的釋放提供了條件, 防止了 H PC 爆裂的發(fā)生。
  從表3可以看出，水膠比 0.26 的 CH PC 發(fā)生爆裂的臨界含濕量在 63 %～ 75 %之間 。含濕量的高低對 CH PC 的高溫爆裂有明顯的影響 ,含濕量高于臨界含濕量時 ,爆裂幾率隨著含濕量的增加而增大。而且試件的爆裂程度與含濕量緊密相關(guān), 從試驗現(xiàn)象來看 , 100 %含濕量試塊爆裂破壞程度最大 ,同時試件表面的裂紋分布及深度也受含濕量高低的影響 ,含濕量越低,試件表面的裂紋數(shù)量和深度也隨之減小。
表 3 不同含濕量混凝土試件爆裂情況統(tǒng)計試塊類型 含濕量/ %0～ 63 75 88 100
CH PC       12(0) 3(1) 3(2) 3(2)
PHPC1      12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PHPC2      12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PHPC3      12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PPH PC1   12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PPH PC2   12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PPH PC3   12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
注:括號內(nèi)為每種含濕量試驗用試塊總量;括號內(nèi)為爆裂試塊數(shù)量。
在 100 ～ 200 ℃, H PC 中的游離水和吸附水開始排出 ;在 200 ～ 300 ℃, H PC 開始失去硅酸鈣凝膠孔中的水,游離水大量排出;在 300 ～ 400 ℃, 凝膠孔
中的水進(jìn)一步排出。本試驗中 CH PC 發(fā)生爆裂時 ,爐內(nèi)的溫度在 400 ℃左右, 試件內(nèi)部的溫度應(yīng)比爐內(nèi)的溫度低, 約在 100 ～ 300 ℃, 這正是 CH PC 內(nèi)大量的游離水排出的階段 ,這表明含濕量的高低仍然是 CH PC 高溫爆裂的主要控制因素 。在升溫過程中, 混凝土內(nèi)部蒸汽壓得不到及時的釋放 ,當(dāng)蒸汽孔壓力達(dá)到臨界值, 超過 CH PC 的抗拉強度時就會發(fā)生爆裂 。由于 CH PC 的高密實性和低滲透性,混凝土內(nèi)部蒸汽壓并不能通過一次爆裂而完全釋放, 而是在一定時間內(nèi) ,通過多次不同程度的爆裂來逐步釋放 , 這可以從持續(xù)微小的爆裂聲和多次較大的爆裂聲推測出來 。
  如表 3 所示 , 在密實的 H PC 中摻入低熔點的網(wǎng)狀聚丙烯纖維或 PVA 纖維, 無論含濕量多高 ,都沒有發(fā)生爆裂。網(wǎng)狀聚丙烯纖維或 PVA 纖維體積摻量為 0.05 %就可以完全防止爆裂的發(fā)生。當(dāng)體積分?jǐn)?shù)提高到 0.2 %時 , H PC 試件不但沒有發(fā)生爆裂 ,而且表面裂紋數(shù)量和擴展程度也呈下降趨勢。這表明增加網(wǎng)狀聚丙烯纖維或 PVA 的摻量, 可以有效地防止 H PC 爆裂的發(fā)生, 并且減小 HPC 的高
溫?fù)p傷 。
  聚丙烯網(wǎng)狀纖維或 PVA 纖維均勻分布在混凝土中,當(dāng)溫度升高時 ,纖維開始熔化并揮發(fā) ,在混凝土中留下相互貫通的孔道。這就為混凝土中的蒸汽壓的釋放提供了條件 , 使得蒸汽壓達(dá)不到臨界蒸汽壓值,避免了爆裂的發(fā)生 。這與以往的報道相
一致,同時, 隨著纖維摻量的提高, 均勻分布在混凝土中的孔道進(jìn)一步增加, 從而使蒸汽壓引起的 H PC內(nèi)部損傷大大降低。
結(jié)論：
(1)含濕量是導(dǎo)致 CH PC 空白試件發(fā)生高溫爆裂的主要因素。在本文所述的試驗條件下, CH PC發(fā)生爆裂的溫度范圍分別是 350 ～ 450 ℃,爆裂的臨界含濕量分別為 63 %～ 75 %。試件爆裂的頻率和損傷程度隨含濕量的升高而加大 。
(2)單摻體積分?jǐn)?shù)為 0.05 %的網(wǎng)狀聚丙烯纖維或 PVA 纖維即可防止 CH PC 的高溫爆裂, 繼續(xù)增加纖維摻量能夠減輕其高溫作用后的外觀損傷 。這主要是因為經(jīng)過高溫后 ,纖維熔化形成貫穿的通道,使得內(nèi)部蒸汽壓及時釋放 ,減輕了蒸汽壓對混凝土的損傷程度 。
(3)PVA 纖維體積摻量為 0.1 %和 0.2 %及網(wǎng)狀聚丙烯纖維體積摻量為 0.1 %對 HPC 殘余抗壓強度的改善作用稍明顯 ,經(jīng)過 600 ℃高溫后, 其殘余抗壓強度比空白試塊分別提高了 16 %、16 %和11 %,經(jīng)過 800 ℃后分別提高了 5 %、7 %和 5 %。
(4)在 H PC 中摻加 PVA 纖維和網(wǎng)狀聚丙烯纖維 ,經(jīng)過每個溫度段高溫后 ,殘余劈拉強度均高于空白試件 。摻加纖維能夠提高 H PC 高溫作用后的殘余劈拉強度。對比網(wǎng)狀聚丙烯纖維 , PVA 纖維對H PC 的殘余劈拉強度改善作用稍好。
(5)摻加纖維可以提高 H PC 的殘余斷裂能 ,摻加網(wǎng)狀聚丙烯纖維的 HPC 經(jīng)過高溫后 , 殘余斷裂能表現(xiàn)出較好的效果;摻加 PVA 纖維對 HPC 殘余斷裂能略有提高。

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