纖維高性能混凝土高溫、明火力學(xué)與爆裂性能研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著大跨度橋梁、隧道以及高層建筑的發(fā)展，高性能混凝土 (HPC) 正得到日益廣泛的應(yīng)用。高性能混凝土具有優(yōu)良的工作度、較高強(qiáng)度和耐久性，但是它卻存在脆性高與防火性能低的缺陷，當(dāng)其遭受高溫或火災(zāi)時(shí)，極易發(fā)生爆裂。摻加各類纖維是提高混凝土韌性的主要手段，其研究也已取得一定的成果，但有關(guān)纖維高性能混凝土(FRHPC) 高溫或火災(zāi)性能的研究還不多見(jiàn)。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：纖維混凝土/噴射混凝土在循環(huán)高溫作用下的力學(xué)性能(5027

2、8013)，主要進(jìn)行了以下幾方面的工作： (1) 為更好評(píng)價(jià)鋼纖維混凝土的彎曲韌性，并配合我國(guó)纖維混凝土技術(shù)規(guī)程的制定，按照不同國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了鋼纖維混凝土梁的彎曲試驗(yàn)，并依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比了目前國(guó)際上應(yīng)用較為廣泛的鋼纖維混凝土彎曲韌性標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn)，為我國(guó)纖維混凝土技術(shù)規(guī)程的修訂奠定了基礎(chǔ)。 (2)工作度、強(qiáng)度以及韌性是纖維高性能混凝土的主要性能指標(biāo)。在研究纖維高性能混凝土工作度和強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，參照國(guó)際材料與結(jié)構(gòu)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

3、 RILEM，進(jìn)行了鋼纖維、合成纖維以及混雜纖維(鋼纖維+合成纖維)高性能混凝土梁的彎曲荷載．撓度全曲線試驗(yàn)。結(jié)果表明，纖維、特別是鋼纖維可顯著提高高性能混凝土的彎曲力學(xué)性能，并改善破壞形態(tài)。同時(shí)，纖維類型和摻量均為影響混凝土工作度、強(qiáng)度、彎曲韌性和斷裂能的重要指標(biāo)。 (3) 剩余力學(xué)性能是衡量結(jié)構(gòu)材料高溫性能優(yōu)劣的重要標(biāo)志之一。從材料和受高溫溫度兩大方面研究了高性能混凝土在經(jīng)歷不同高溫后抗壓強(qiáng)度與彎曲力學(xué)性能的變化規(guī)律。分析了

4、高溫對(duì)纖維高性能混凝土梁彎曲破壞形態(tài)的影響，利用超聲波法研究了混凝土受高溫溫度與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系，基于掃描電鏡試驗(yàn)分析了高溫后混凝土微觀組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明，高溫后混凝土的抗壓強(qiáng)度與彎曲性能普遍降低。纖維、特別是鋼纖維可有效提高混凝土高溫后的剩余力學(xué)性能。纖維類型和摻量對(duì)高性能混凝土高溫后彎曲性能的影響規(guī)律與常溫下類似。 (4) 通過(guò)燃燒液化石油氣模擬火災(zāi)，并對(duì)混凝土的膨脹變形進(jìn)行約束，研究了高性能混凝土在不

5、同受火方式下的爆裂性能。試驗(yàn)證明所采用的加熱方式是可行的、有效的。結(jié)果表明，鋼纖維不但不能抑制混凝土的火災(zāi)爆裂，而且隨其摻量的增加，爆裂有加劇的趨勢(shì)；合成纖維對(duì)抑制高性能混凝土火災(zāi)爆裂具有非常出色的表現(xiàn)，證明了爆裂是緣于蒸汽壓機(jī)理。 (5) 進(jìn)行了受火后高性能混凝土剩余力學(xué)性能試驗(yàn)，包括抗壓強(qiáng)度和彎曲性能。試驗(yàn)證明纖維類型和摻量對(duì)高性能混凝土受火后彎曲性能的影響規(guī)律與常溫下類似。合成纖維對(duì)改善高性能混凝土受火后力學(xué)性能效果不顯著

6、，而鋼纖維則表現(xiàn)出色。混雜纖維高性能混凝土不但具有優(yōu)良的抗爆裂性能、而且受火后的剩余力學(xué)性能也較普通混凝土有較大改善，不失為一種可供選擇的混凝土結(jié)構(gòu)防火材料。 (6)在分析三維非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)有限元格式的基礎(chǔ)上，運(yùn)用有限元數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)模擬，并采用ANSYS有限元計(jì)算軟件，對(duì)單面受火、三面受火混凝土構(gòu)件中瞬態(tài)非線性溫度場(chǎng)及自由膨脹變形進(jìn)行了研究，并分析了受約束混凝土構(gòu)件在不同受火方式下的應(yīng)力變化情況。計(jì)算結(jié)果表明，約束的存在與