高強混凝土抗火災性能改善措施與評價方法研究.pdf

1、一、研究目的在火災高溫作用下,高強混凝土(High-Strength Concrete,HSC)往往易于發(fā)生爆裂破壞,使混凝土中鋼筋直接暴露于高溫中,而導致建筑構件失去耐火能力,同時高溫后HSC剩余強度與滲透性能將發(fā)生很大程度劣化.本文著重研究HSC受火高溫下的爆裂性能及其抑制措施,采取再養(yǎng)護、摻加礦物摻合料等方式改善HSC高溫后剩余強度與滲透性能,對HSC受火后損傷程度的評價方法提出建議.二、研究內容與方法本文主要研究HSC抗火災能力

2、改善措施,具體研究內容分為HSC抗高溫爆裂措施、高溫后HSC剩余強度的改善與恢復措施以及高溫后HSC抗?jié)B性能改善措施等三個方面.在此基礎上,提出HSC火災后性能評價方法.本文主要研究以硅灰和粉煤灰為摻合料、水灰比0.25的HSC,采用燃油爐按照標準升溫曲線加熱,以爆裂度評價高溫后HSC的爆裂性能.研究有機纖維、聚合物乳液、防火涂層等措施對HSC爆裂度的影響.本文同時研究了偏高嶺土、赤泥、礦渣等摻合料對高溫后HSC剩余強度的影響,并采取不

3、同再養(yǎng)護溶液對高溫后HSC進行了再養(yǎng)護,研究了再養(yǎng)護溶液對HSC高溫后剩余強度的恢復性能的影響.本文研究了高溫后HSC滲透性能的影響因素.其中滲透性能采用高溫后HSC試件吸水系數、氯離子滲透系數以及空氣滲透系數分別表征.本文研究了不同爆裂抑制措施對HSC試件滲透性能的影響,以及再養(yǎng)護溶液、有機硅涂層等對高溫后HSC氯離子滲透性能的影響.研究比較了三種滲透性能測試方法之間的對應關系以及其與爆裂性能的關系,并采用MIP、SEM等方法研究了H

4、SC高溫前后漿體的微觀結構.最后,對受火后HSC性能的無損測試與損傷程度評價方法進行了研究,提出了HSC高溫損傷程度的分級評價指標.三、研究結論在HSC中摻加PP纖維可以抑制爆裂.不同的纖維,抑制爆裂效果不同.同摻量下,摻加長度為19mm的單絲PL纖維與長度為5mm的單絲PS纖維,抑制HSC爆裂效果最為顯著.摻加粒狀植物纖維或聚合物乳液,由于不能在HSC中形成連貫的釋放水蒸氣通道,因而其抑制HSC爆裂效果并不顯著.摻加聚合物乳液的HSC

5、高溫下更易于發(fā)生斷裂破壞.采用防火涂料具有一定抑制爆裂作用.漿體孔結構測試表明,摻加單絲PP纖維的HSC高溫后形成了具有連通性的孔隙,對抑制HSC的爆裂具有積極作用.爆裂臨界棱柱體模型計算表明,摻加單絲PL纖維的HSC中,爆裂臨界棱柱體直徑Dc(mm)最大,HSC內部水蒸氣遷移直徑較大,抑制HSC爆裂所需的同直徑纖維摻量最小,抑制HSC爆裂效果越好.不同礦物摻合料配制的HSC具有不同密實度,SFHSC高溫爆裂性高于FAHSC.HSC強度

6、損失率隨受火溫度升高而逐漸加大,其中抗折強度損失率高于抗壓強度損失率.有機纖維對HSC高溫前后強度影響較小.在HSC中,以偏高嶺土M作為混凝土第二摻合料,可以提高高溫后抗壓強度剩余率,其提高幅度高于赤泥.HSC中摻加適量CaF<,2>對800℃后剩余抗壓強度率有一定提高.采用水溶液、硫酸鋁溶液、氟硅酸鎂/硅酸鈉等溶液再養(yǎng)護可以顯著恢復混凝土的殘余強度.采用鹽溶液再養(yǎng)護的HSC具有較好的抗折強度恢復值.MIP試驗表明,采用鹽溶液對纖維熔化

7、后的孔徑有多重細化作用,其中對大孔道的細化有較顯著作用.采用有機硅乳液再養(yǎng)護的漿體孔徑的變化同時受到水溶液再水化作用與有機硅對孔道的密封作用.采用水溶液再養(yǎng)護對漿體細微孔徑有較大的細化作用.采用SEM觀察到,高溫后HSC漿體經過再養(yǎng)護后,在漿體孔道中重新生成了不同數量與形狀的針狀結晶體.采用有機硅乳液再養(yǎng)護的漿體孔道中則看到有機硅材料對孔道密封形成的絮狀物.本文采用PCK方法測試HSC高溫后吸水系數.高溫后HSC吸水系數、氯離子滲透系數

8、與空氣滲透系數顯著上升.三種滲透系數之間有較好的對應關系,高溫后HSC吸水系數低于0.139kg/(m<'2>.s<'1/2>)或氯離子滲透系數小于5.55×10<'-13>m<'2>/s,則高溫下發(fā)生爆裂的可能性較大.不同爆裂抑制措施對應著高溫后HSC不同的滲透性能.經過再養(yǎng)護后,高溫后HSC的抗?jié)B性能得到部分恢復.高溫后HSC強度性能、滲透性能的損傷程度的評估可以采用超聲脈沖方法、空氣滲透性能等無損測試方法;高溫后HSC超聲聲速比V

9、<,T>/V<,O>與火災溫度T有關系T=958-781V<,T>/V<,0>;超聲聲速與HSC火災溫度T關系為V<,T>=4.78446-9.62553×10<'-4>T-4.69172×10<'-6>T<'2>;高溫后HSC抗壓強度與超聲聲速關系為R=32.87453-0.64728V<,T>+3.213V<,T><'2>,據此實現對HSC的抗壓強度無損測試.對高溫后HSC材料性能的損傷程度評價可按承載力、爆裂性能以及滲透性能等子項