纖維高性能混凝土高溫、明火力學與爆裂性能研究.pdf

1、近年來，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用。高性能混凝土具有優(yōu)良的工作度、較高強度和耐久性，但是它卻存在脆性高與防火性能低的缺陷，當其遭受高溫或火災時，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，但有關纖維高性能混凝土(FRHPC) 高溫或火災性能的研究還不多見。本文結合國家自然科學基金項目：纖維混凝土/噴射混凝土在循環(huán)高溫作用下的力學性能(5027

2、8013)，主要進行了以下幾方面的工作： (1) 為更好評價鋼纖維混凝土的彎曲韌性，并配合我國纖維混凝土技術規(guī)程的制定，按照不同國家標準進行了鋼纖維混凝土梁的彎曲試驗，并依據(jù)試驗結果，對比了目前國際上應用較為廣泛的鋼纖維混凝土彎曲韌性標準的優(yōu)缺點，為我國纖維混凝土技術規(guī)程的修訂奠定了基礎。 (2)工作度、強度以及韌性是纖維高性能混凝土的主要性能指標。在研究纖維高性能混凝土工作度和強度的基礎上，參照國際材料與結構聯(lián)合會標準

3、 RILEM，進行了鋼纖維、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。結果表明，纖維、特別是鋼纖維可顯著提高高性能混凝土的彎曲力學性能，并改善破壞形態(tài)。同時，纖維類型和摻量均為影響混凝土工作度、強度、彎曲韌性和斷裂能的重要指標。 (3) 剩余力學性能是衡量結構材料高溫性能優(yōu)劣的重要標志之一。從材料和受高溫溫度兩大方面研究了高性能混凝土在經歷不同高溫后抗壓強度與彎曲力學性能的變化規(guī)律。分析了

4、高溫對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度之間的關系，基于掃描電鏡試驗分析了高溫后混凝土微觀組織結構與力學性能之間的關系。結果表明，高溫后混凝土的抗壓強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性能。纖維類型和摻量對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) 通過燃燒液化石油氣模擬火災，并對混凝土的膨脹變形進行約束，研究了高性能混凝土在不

5、同受火方式下的爆裂性能。試驗證明所采用的加熱方式是可行的、有效的。結果表明，鋼纖維不但不能抑制混凝土的火災爆裂，而且隨其摻量的增加，爆裂有加劇的趨勢；合成纖維對抑制高性能混凝土火災爆裂具有非常出色的表現(xiàn)，證明了爆裂是緣于蒸汽壓機理。 (5) 進行了受火后高性能混凝土剩余力學性能試驗，包括抗壓強度和彎曲性能。試驗證明纖維類型和摻量對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。合成纖維對改善高性能混凝土受火后力學性能效果不顯著

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構防火材料。 (6)在分析三維非穩(wěn)態(tài)溫度場有限元格式的基礎上，運用有限元數(shù)值計算方法和計算機模擬，并采用ANSYS有限元計算軟件，對單面受火、三面受火混凝土構件中瞬態(tài)非線性溫度場及自由膨脹變形進行了研究，并分析了受約束混凝土構件在不同受火方式下的應力變化情況。計算結果表明，約束的存在與