研究結果表明, 含濕量是影響高性能混凝土高溫爆裂的主要因素。 高性能混凝土發(fā)生爆裂的溫度范圍是 350 ～ 450 ℃,爆裂的臨界含濕量為 63%～ 75%。 試件含濕量越高, 試件爆裂的頻率和損傷程度越大。 單摻體積分數為0.05 %的網狀聚丙烯纖維或 P VA 纖維即可防止高性能混凝土發(fā)生高溫爆裂, 纖維摻量越高, 高性能混凝土高溫損傷程度越小。 聚丙烯網狀纖維和 PV A 纖維改善了高性能混凝土高溫后殘余抗壓強度、殘余劈拉強度和殘余斷裂能。

  火災是大多數建筑物結構的潛在危險之一, 一直以來都危害著人民的生命和財產的安全。隨著高性能混凝土(Hig h Performance Co ncrete , H PC)的廣泛應用 , H PC 抗火性能已經成為人們關注的問題。很多學者研究 發(fā)現 , 比較普通強度混凝土(No rm al Streng th Co ncrete , NSC), H PC 在高溫下更容易發(fā)生爆裂 。由于 H PC 密實的微觀結構 ,混凝土內部的水分在高溫下形成蒸汽壓而得不到及時釋放,當蒸汽壓積累到一定程度, 就會導致 H PC 發(fā)生爆裂破壞。影響混凝土高溫爆裂的因素很多 ,包括溫升速率 、骨料組成、密實度、含濕量 、強度 、試塊大小等 , 其中含濕量和強度是兩個主要因素 。國內外研究 表明 , 摻加聚丙烯纖維可以有效改善 H PC 的抗火性能, 由于聚丙烯網狀纖維熔點低(160 ～ 170 ℃), 在高溫下 ,聚丙烯纖維熔化形成的孔道為蒸汽壓的釋放提供了條件, 防止了 H PC 爆裂的發(fā)生。
  從表3可以看出，水膠比 0.26 的 CH PC 發(fā)生爆裂的臨界含濕量在 63 %～ 75 %之間 。含濕量的高低對 CH PC 的高溫爆裂有明顯的影響 ,含濕量高于臨界含濕量時 ,爆裂幾率隨著含濕量的增加而增大。而且試件的爆裂程度與含濕量緊密相關, 從試驗現象來看 , 100 %含濕量試塊爆裂破壞程度最大 ,同時試件表面的裂紋分布及深度也受含濕量高低的影響 ,含濕量越低,試件表面的裂紋數量和深度也隨之減小。
表 3 不同含濕量混凝土試件爆裂情況統計試塊類型 含濕量/ %0～ 63 75 88 100
CH PC       12(0) 3(1) 3(2) 3(2)
PHPC1      12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PHPC2      12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PHPC3      12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PPH PC1   12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PPH PC2   12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
PPH PC3   12(0) 3(0) 3(0) 3(0)
注:括號內為每種含濕量試驗用試塊總量;括號內為爆裂試塊數量。
在 100 ～ 200 ℃, H PC 中的游離水和吸附水開始排出 ;在 200 ～ 300 ℃, H PC 開始失去硅酸鈣凝膠孔中的水,游離水大量排出;在 300 ～ 400 ℃, 凝膠孔
中的水進一步排出。本試驗中 CH PC 發(fā)生爆裂時 ,爐內的溫度在 400 ℃左右, 試件內部的溫度應比爐內的溫度低, 約在 100 ～ 300 ℃, 這正是 CH PC 內大量的游離水排出的階段 ,這表明含濕量的高低仍然是 CH PC 高溫爆裂的主要控制因素 。在升溫過程中, 混凝土內部蒸汽壓得不到及時的釋放 ,當蒸汽孔壓力達到臨界值, 超過 CH PC 的抗拉強度時就會發(fā)生爆裂 。由于 CH PC 的高密實性和低滲透性,混凝土內部蒸汽壓并不能通過一次爆裂而完全釋放, 而是在一定時間內 ,通過多次不同程度的爆裂來逐步釋放 , 這可以從持續(xù)微小的爆裂聲和多次較大的爆裂聲推測出來 。
  如表 3 所示 , 在密實的 H PC 中摻入低熔點的網狀聚丙烯纖維或 PVA 纖維, 無論含濕量多高 ,都沒有發(fā)生爆裂。網狀聚丙烯纖維或 PVA 纖維體積摻量為 0.05 %就可以完全防止爆裂的發(fā)生。當體積分數提高到 0.2 %時 , H PC 試件不但沒有發(fā)生爆裂 ,而且表面裂紋數量和擴展程度也呈下降趨勢。這表明增加網狀聚丙烯纖維或 PVA 的摻量, 可以有效地防止 H PC 爆裂的發(fā)生, 并且減小 HPC 的高
溫損傷 。
  聚丙烯網狀纖維或 PVA 纖維均勻分布在混凝土中,當溫度升高時 ,纖維開始熔化并揮發(fā) ,在混凝土中留下相互貫通的孔道。這就為混凝土中的蒸汽壓的釋放提供了條件 , 使得蒸汽壓達不到臨界蒸汽壓值,避免了爆裂的發(fā)生 。這與以往的報道相
一致,同時, 隨著纖維摻量的提高, 均勻分布在混凝土中的孔道進一步增加, 從而使蒸汽壓引起的 H PC內部損傷大大降低。
結論：
(1)含濕量是導致 CH PC 空白試件發(fā)生高溫爆裂的主要因素。在本文所述的試驗條件下, CH PC發(fā)生爆裂的溫度范圍分別是 350 ～ 450 ℃,爆裂的臨界含濕量分別為 63 %～ 75 %。試件爆裂的頻率和損傷程度隨含濕量的升高而加大 。
(2)單摻體積分數為 0.05 %的網狀聚丙烯纖維或 PVA 纖維即可防止 CH PC 的高溫爆裂, 繼續(xù)增加纖維摻量能夠減輕其高溫作用后的外觀損傷 。這主要是因為經過高溫后 ,纖維熔化形成貫穿的通道,使得內部蒸汽壓及時釋放 ,減輕了蒸汽壓對混凝土的損傷程度 。
(3)PVA 纖維體積摻量為 0.1 %和 0.2 %及網狀聚丙烯纖維體積摻量為 0.1 %對 HPC 殘余抗壓強度的改善作用稍明顯 ,經過 600 ℃高溫后, 其殘余抗壓強度比空白試塊分別提高了 16 %、16 %和11 %,經過 800 ℃后分別提高了 5 %、7 %和 5 %。
(4)在 H PC 中摻加 PVA 纖維和網狀聚丙烯纖維 ,經過每個溫度段高溫后 ,殘余劈拉強度均高于空白試件 。摻加纖維能夠提高 H PC 高溫作用后的殘余劈拉強度。對比網狀聚丙烯纖維 , PVA 纖維對H PC 的殘余劈拉強度改善作用稍好。
(5)摻加纖維可以提高 H PC 的殘余斷裂能 ,摻加網狀聚丙烯纖維的 HPC 經過高溫后 , 殘余斷裂能表現出較好的效果;摻加 PVA 纖維對 HPC 殘余斷裂能略有提高。

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