高強(qiáng)混凝土抗火災(zāi)性能改善措施與評價方法研究.pdf

1、一、研究目的在火災(zāi)高溫作用下,高強(qiáng)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(dǎo)致建筑構(gòu)件失去耐火能力,同時高溫后HSC剩余強(qiáng)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(hù)、摻加礦物摻合料等方式改善HSC高溫后剩余強(qiáng)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(nèi)容與方法本文主要研究HSC抗火災(zāi)能力

2、改善措施,具體研究內(nèi)容分為HSC抗高溫爆裂措施、高溫后HSC剩余強(qiáng)度的改善與恢復(fù)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(chǔ)上,提出HSC火災(zāi)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(qiáng)度的影響,并采取不

3、同再養(yǎng)護(hù)溶液對高溫后HSC進(jìn)行了再養(yǎng)護(hù),研究了再養(yǎng)護(hù)溶液對HSC高溫后剩余強(qiáng)度的恢復(fù)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(shù)、氯離子滲透系數(shù)以及空氣滲透系數(shù)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(hù)溶液、有機(jī)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(yīng)關(guān)系以及其與爆裂性能的關(guān)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(jié)構(gòu).最后,對受火后HSC性能的無損測試與損傷程度評價方法進(jìn)行了研究,提出了HSC高溫?fù)p傷程度的分級評價指標(biāo).三、研究結(jié)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(qiáng)度

6、損失率隨受火溫度升高而逐漸加大,其中抗折強(qiáng)度損失率高于抗壓強(qiáng)度損失率.有機(jī)纖維對HSC高溫前后強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(hù)可以顯著恢復(fù)混凝土的殘余強(qiáng)度.采用鹽溶液再養(yǎng)護(hù)的HSC具有較好的抗折強(qiáng)度恢復(fù)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(xì)化作用,其中對大孔道的細(xì)化有較顯著作用.采用有機(jī)硅乳液再養(yǎng)護(hù)的漿體孔徑的變化同時受到水溶液再水化作用與有機(jī)硅對孔道的密封作用.采用水溶液再養(yǎng)護(hù)對漿體細(xì)微孔徑有較大的細(xì)化作用.采用SEM觀察到,高溫后HSC漿體經(jīng)過再養(yǎng)護(hù)后,在漿體孔道中重新生成了不同數(shù)量與形狀的針狀結(jié)晶體.采用有機(jī)硅乳液再養(yǎng)護(hù)的漿體孔道中則看到有機(jī)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(shù).高溫后HSC吸水系數(shù)、氯離子滲透系數(shù)

8、與空氣滲透系數(shù)顯著上升.三種滲透系數(shù)之間有較好的對應(yīng)關(guān)系,高溫后HSC吸水系數(shù)低于0.139kg/(m<'2>.s<'1/2>)或氯離子滲透系數(shù)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(yīng)著高溫后HSC不同的滲透性能.經(jīng)過再養(yǎng)護(hù)后,高溫后HSC的抗?jié)B性能得到部分恢復(fù).高溫后HSC強(qiáng)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(zāi)溫度T有關(guān)系T=958-781V<,T>/V<,0>;超聲聲速與HSC火災(zāi)溫度T關(guān)系為V<,T>=4.78446-9.62553×10<'-4>T-4.69172×10<'-6>T<'2>;高溫后HSC抗壓強(qiáng)度與超聲聲速關(guān)系為R=32.87453-0.64728V<,T>+3.213V<,T><'2>,據(jù)此實現(xiàn)對HSC的抗壓強(qiáng)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