【聚丙烯纖維】混凝土爆裂機理
混凝土在遭受火災或者高溫作用后,混凝土表面會發(fā)生突然崩裂的現(xiàn)象,混凝土的力學性能會突降甚至散失,這就是混凝土的高溫爆裂?;馂囊鸬幕炷恋母邷乇褯]有任何的先兆,是一種突發(fā)性破壞,并且伴隨著大量的能量逸出,對混凝土結(jié)構(gòu)的承載力及耐久性會產(chǎn)生很嚴重的破壞。雖然目前國內(nèi)
外對高性能混凝土爆裂機理眾說紛紜,還沒有達到較為一致的結(jié)論,但有兩種觀點贏得國內(nèi)外專家的首肯,即蒸汽壓機理(the vapor pressure build-up mechanism)與熱應力機理(the thermal stress mechanism)。
(1)蒸汽壓機理(the vapor pressure build-up mechanism)
蒸汽壓機理應用的條件是,從微觀角度上來說,高性能混凝土是結(jié)構(gòu)細密,堅實,孔隙率很小且相鄰孔之間互不連通的密閉物體。當遭受火災等高溫環(huán)境時,即在加熱升溫過程中,混凝土溫度也隨之升高,內(nèi)部游離的水蒸發(fā)變成水蒸氣,由于水氣化變成水蒸氣過程中體積發(fā)生膨脹,同時混凝土升溫速率不同步,所以在加熱的過程中產(chǎn)生溫度梯度,這將促使水蒸氣向內(nèi)部較冷區(qū)域內(nèi)移動,對于硬化后的水泥漿體,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常密實,滲透性低,混凝土的低滲透率和飽和水層形成一個屏障阻止了水蒸汽自由移動,使蒸氣壓產(chǎn)生累積效應,在孔表面或孔連接部位形成毛細孔壓力,當混凝土內(nèi)任何一個部位的毛細孔壓力大于其自身的抗拉強度時,便發(fā)生爆裂現(xiàn)象。
(2)熱應力機理 (the thermal stress mechanism)
熱應力機理在高性能混凝土中應用的模型條件是,在高溫作用下,混凝土內(nèi)部總應變由與溫度變化成比例的應變和與溫度變化不成比例的應變構(gòu)成,應變作用方向不一,無規(guī)則,并且混凝土內(nèi)部至少存在一處,該處的局部應變量大于允許變形量。該機理從應力角度可以這樣理解,混凝土內(nèi)部的熱應力不僅僅是由一個方向產(chǎn)生,可能由雙向或者三向共同產(chǎn)生,熱應力大小與混凝土受熱溫度呈正比,熱應力單獨地或與孔隙壓力共同作用于混凝土內(nèi)部,該值大于混凝土自身抗拉強度時,混凝土便會因此發(fā)生爆裂而破壞。
從微觀角度研究了不同種類的混凝土(HPC、NC)高溫后的變化特征,以孔結(jié)構(gòu)的變化量來體現(xiàn)這一變化過程,得出:在高溫(600℃)作用下,普通混凝土和高強混凝土孔( hcp 1.3um )累計體積均增大,雖然高強混凝土孔體積增量沒普通混凝土高,但增加的速度比普通混凝土快,高溫后,高強混凝土孔體積是高溫前的 3.9 倍,大于普通混凝土的 2.8 倍,由此可見,高強混
凝土高溫后的劣化效果比普通混凝土更加顯著。朋改非,李斌等人通過用燃油高溫爐對不同強度等級的混凝土(NC-40,HPC-60,HPC-70,HPC-100,HPC120
)進行標準火災條件下的試驗,同時用兩塊加筋 HPC 進行對比試驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn),只有同時滿足發(fā)生爆裂所需要的最低強度和最小濕含量時,混凝土才會發(fā)生爆裂,強度越高,發(fā)生爆裂所需要的濕含量越小,濕含量的大小對混凝土爆裂占主導作用,由此印證了蒸汽壓機理的合理性。
對混凝土內(nèi)部的濕熱傳遞以及蒸汽壓 Brzant研究認為孔隙水(水蒸汽)僅僅是混凝土爆裂的誘因,僅在混凝土開裂初期發(fā)揮作用,真正影響裂縫開展擴大乃至爆裂的是由熱應力產(chǎn)生的勢能作用。
傅宇方等認為混凝土是非均勻多項復合材料,爆裂產(chǎn)生的原因非常復雜,爆裂過程中既發(fā)生物理反應也發(fā)生化學反應,混凝土組成材料、強度、內(nèi)部含水率、濕含量及滲透性、試件形狀、升溫速率、加載方式和加荷大小均對爆裂產(chǎn)生影響,孔隙水(汽)壓力雖然可以使混凝土產(chǎn)生裂縫,但并不能單獨使混凝土發(fā)生爆裂,只有當熱應力機理與孔隙水(汽)壓力耦合作用不利于緩解孔隙壓力時,才可能導致爆裂的發(fā)生等認為混凝土是非均勻多項復合材料,爆裂產(chǎn)生的原因非常復雜,爆裂過程中既發(fā)生物理反應也發(fā)生化學反應,混凝土組成材料、強度、內(nèi)部含水率、濕含量及滲透性、試件形狀、升溫速率、加載方式和加荷大小均對爆裂產(chǎn)生影響,孔隙水(汽)壓力雖然可以使混凝土產(chǎn)生裂縫,但并不能單獨使混凝土發(fā)生爆裂,只有當熱應力機理與孔隙水(汽)壓力耦合作用不利于緩解孔隙壓力時,才可能導致爆裂的發(fā)生。
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