高溫對C40高性能混凝土物理力學性能的影響.pdf

1、高性能混凝土具有強度高、耐久性高、工作性和體積穩(wěn)定性好等綜合優(yōu)勢，在土木工程領域已得到廣泛的研究和應用。與普通混凝土相比，高性能混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，滲透性低，脆性更大，當遭受火災（高溫）作用時，各項性能劣化更加嚴重，甚至發(fā)生剝落、爆裂，重者使建筑物坍塌，對人民生命、財產(chǎn)造成極大的安全隱患。研究高溫對高性能混凝土性能的影響，揭示其劣化演化規(guī)律，提出科學合理的改進方法和措施成為業(yè)界人士的關注重點。
　　本文優(yōu)選地方原材料，以設計強

2、度等級為C40的高性能混凝土為研究對象，較為系統(tǒng)地研究了高溫前后混凝土基本物理力學性能的變化規(guī)律，采用宏觀測試與微觀分析相結(jié)合的方法，定性分析與定量分析并重，從微觀、亞微觀角度，深入探討了混凝土高溫性能劣化的規(guī)律、機理及其影響因素，主要內(nèi)容如下:
　　一、高性能混凝土的基本性能試驗研究。本文對高性能混凝土基本性能的試驗研究主要包括拌合物坍落度、表觀密度、立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度、軸心抗壓強度、彈性模量及抗氯離子滲透性等。結(jié)果表

3、明，配制的混凝土拌合物流動性大，粘聚性好，勻質(zhì)性好，各項基本力學性能滿足規(guī)范要求，耐久性良好。
　　二、高性能混凝土的高溫力學性能試驗研究。主要研究了不同冷卻方式對混凝土立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度的影響，分析了混凝土立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度、軸心抗壓強度、彈性模量及斷裂性能隨溫度的變化規(guī)律。結(jié)果表明，混凝土各項力學性能經(jīng)高溫作用后出現(xiàn)不同程度的劣化，噴淋冷卻較自然冷卻對兩種強度的劣化影響更為顯著;對比高溫前后兩種尺寸立方體（

4、邊長為100mm和150mm）抗壓強度和劈裂抗拉強度，高溫后混凝土的尺寸效應與常溫下不同;建立了混凝土彈性模量與溫度，以及抗壓強度與彈性模量隨溫度變化的關系模型;混凝土的起裂韌度隨溫度變化較小，失穩(wěn)韌度總體隨溫度的升高而下降;建立了混凝土劈裂抗拉強度與失穩(wěn)韌度，以及抗壓強度與斷裂能之間的關系。
　　三、高性能混凝土的高溫熱物理性能試驗研究。從宏觀上觀察了混凝土經(jīng)不同溫度作用后的表觀特征，研究了混凝土表觀密度隨溫度的變化規(guī)律，不同溫

5、度及恒溫時間對混凝土導熱系數(shù)的影響，對比分析了高溫前后混凝土比熱的不同，探討了混凝土及其內(nèi)部各組分在升降溫過程中熱膨脹率的變化。試驗結(jié)果表明，400℃作用后，試件表明出現(xiàn)明顯裂紋;總體上，混凝土表觀密度和導熱系數(shù)均隨溫度升高而下降，但300℃時，不降反增;建立了表觀密度與導熱系數(shù)的關系;從室溫到565℃，混凝土高溫下的比熱較高溫后的比熱高，且波動大，DSC曲線上，高溫下混凝土存在兩個明顯的吸熱峰（143℃左右和483℃左右），高溫后無此

6、峰值效應;200℃前，混凝土及其各組分的熱膨脹率相差較小，隨著溫度的升高，膨脹率發(fā)生較大變化，其中，硬化漿體膨脹率逐漸減小，砂漿與骨料的體積膨脹率之和與混凝土體積膨脹率不相等;混凝土、骨料及四種硬化漿體的熱膨脹率均隨溫度的降低而減小，冷卻速度不同，膨脹率不同，減水劑減緩了硬化漿體的膨脹率;熱重-差熱曲線表明，混凝土質(zhì)量在100℃、440℃和710℃左右下降最為明顯。
　　四、高性能混凝土微結(jié)構(gòu)的高溫演化研究。利用壓汞測孔儀、X射線

7、CT掃描儀，對混凝土高溫前后的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)進行了定性、定量的分析?；炷恋目偪紫堵孰S溫度升高而增加;不同溫度作用后，混凝土內(nèi)部孔徑分布發(fā)生變化，300℃前，最可幾孔徑主要為毛細孔（孔徑＜50nm），300℃后，更多集中于大孔（孔徑＞50nm）;高溫前后的混凝土孔隙特征具有多重分形特征，轉(zhuǎn)折孔徑在50nm左右，孔徑范圍一定時，孔體積分維數(shù)隨孔隙率增加而減小，大孔對混凝土抗壓強度影響顯著;建立了混凝土立方體抗壓強度與溫度、孔隙率，以及抗壓強度

8、與大孔孔體積分維數(shù)隨溫度變化的關系及模型;混凝土CT圖像兩個平面(x-y平面、X-Z平面)不同代表層所反映的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，高溫作用后，混凝土內(nèi)孔隙數(shù)量增多，孔徑增大，骨料與漿體界面形成微裂縫并進一步擴展至漿體中，與漿體中孔隙連通;二值化圖像中，混凝土各層孔隙率隨溫度升高總體呈增加趨勢，與壓汞法中對應孔徑的孔隙率變化規(guī)律基本一致。
　　本文旨在為高性能混凝土高溫性能的研究奠定較為系統(tǒng)的理論和試驗研究基礎，從宏觀和微觀角度，對后續(xù)