超高性能混凝土抗高温爆裂试验研究

<正>北京交通大学的研究人员开展了含粗骨料超高性能混凝土与活性粉末混凝土抗高温爆裂性能的试验研究。考察了含湿量变化时,两种超高性能混凝土的高温爆裂行为。研究结果表明:含粗骨料超高性能混凝土的抗高温爆裂性能优于活性粉末混凝土,粗骨料有助于减轻超高性能混凝土的高温爆裂;含湿量显著影响超高性能混凝土的     

超高性能混凝土高温后残余力学性能试验研究

测定了抗压强度高于140MPa的含粗骨料超高性能混凝土和活性粉末混凝土遭受高温作用后的残余抗压强度、残余劈裂抗拉强度和残余断裂能。结果显示,两种超高性能混凝土的残余强度均随着目标温度的升高而呈现先增大再降低的趋势,而残余断裂能均随着目标温度的升高逐渐降低。各目标温度下,含粗骨料超高性能混凝土的残余抗压强度均高于活性粉末混凝土,但其残余劈裂抗拉强度和断裂能低于后者。活性粉末混凝土在300℃临界温度下的峰值残余抗压强度和峰值残余劈裂抗拉强度分别比常温时提高了26.8%和19.3%,800℃高温后的强度损失率分别为72.3%和81.4%。含粗骨料超高性能混凝土在400℃临界温度下的峰值残余抗压强度和在300℃目标温度下的峰值劈裂抗拉强度分别比常温时提高了34.0%和6.8%,800℃高温后的强度损失率分别为70.2%和84.9%。所以,对于有抗火灾高温要求的工程结构,含粗骨料超高性能混凝土适合用于受压构件,而活性粉末混凝土适宜于抗弯构件。     

网状聚丙烯纤维和PVA纤维对高性能混凝土高温性能的影响

本文研究了含湿量和纤维对高性能混凝土高温爆裂和高温后残余力学性能的影响。研究结果表明,含湿量是影响高性能混凝土高温爆裂的主要因素。高性能混凝土发生爆裂的温度范围是350~450℃,爆裂的临界含湿量为63%~75%。试件含湿量越高,试件爆裂的频率和损伤程度越大。单掺体积分数为0.05%的网状聚丙烯纤维或PVA纤维即可防止高性能混凝土发生高温爆裂,纤维掺量越高,高性能混凝土高温损伤程度越小。单掺网状聚丙烯纤维和PVA纤维改善了高性能混凝土高温后残余抗压强度、残余劈拉强度和残余断裂能。     

含湿量和纤维对高性能混凝土高温性能的影响

研究了含湿量和纤维对高性能混凝土高温爆裂及高温后残余抗压强度的影响．结果表明：在320～440℃范围内,高性能混凝土易发生爆裂,爆裂的频率和损伤程度随混凝土试件内部含湿量的上升而加大．单掺最小体积分数为0．1％的聚丙烯纤维能够减少甚至消除混凝土爆裂的发生,而以特定掺量混掺聚丙烯纤维和钢纤维则既能有效改善混凝土的抗爆裂性能,又能提高混凝土的残余抗压强度．     

普通强度高性能混凝土的高温性能试验研究

为确保混凝土结构的抗火性,对普通强度高性能混凝土高温性能进行试验,探讨普通强度高性能混凝土的高温爆裂与力学性能。结果表明,普强高性能混凝土与高强高性能混凝土类似,湿含量和密实度是影响其高温爆裂的主要因素。当湿含量超过临界值时,爆裂几率随湿含量上升而增大;混凝土越密实,爆裂越严重。体积分数0.05%的聚丙烯纤维可防止普强高性能混凝土发生高温爆裂,纤维掺量越高,高温损伤程度越小。聚丙烯纤维对残余力学性能有一定的改善作用。     

高强、超高强混凝土抗火性研究进展综述

回顾了国内外高强混凝土和超高强混凝土抗火性研究进展,并展望了超高强混凝土(特别是活性粉末混凝土)的下一步研究方向。高强混凝土的高温强度损失与普通混凝土基本类似,但其主要弱点是高温爆裂,可采用聚合物纤维或钢纤维予以抑制。活性粉末混凝土抗火性研究的主要目标应是抑制高温爆裂,减小乃至消除高温爆裂发生的可能性。需要进一步研究宏观断裂性能与微观结构特征,建立活性粉末混凝土抗火性改善的机理,提出确保抗火性的技术途径。     

等体积砂浆法再生混凝土抗裂性能的影响试验研究

研究了不同再生粗骨料取代率分别对传统方法配制的再生混凝土和等体积砂浆法配制的再生混凝土的抗裂性能的影响;在相同再生粗骨料取代率下,传统方法配制和等体积砂浆法配制对再生混凝土的抗裂性能的影响;不同粉煤灰、玄武岩纤维掺量对等体积砂浆法再生混凝土的抗裂性能的影响,并对其影响机理进行了分析。通过调整粉煤灰和玄武岩纤维的掺入量,确定其在等体积砂浆法再生混凝土中的最佳掺量。试验结果表明:随着再生粗骨料取代率增加,传统方法配制的再生混凝土和等体积砂浆法配制的再生混凝土试件开裂总面积均增大,但等体积砂浆法配制的试件开裂总面积小于传统方法。粉煤灰和玄武岩纤维掺量越多,等体积砂浆法配制的再生混凝土开裂面积越小。     

钢纤维活性粉末混凝土的高温爆裂试验研究

制备了纤维率为0、1%和2%三种钢纤维掺量的活性粉末混凝土(RPC)试件,利用自行设计的加温装置测试了高温条件下RPC试件的爆裂行为。试验结果表明:在试验条件下,当试件中心温度为250℃左右时,活性粉末混凝土会发生爆裂,与素RPC试件以及高强混凝土相比,掺加钢纤维未能显著提高试件的爆裂温度,但可以降低试件爆裂的破坏程度,钢纤维掺量2%时,这种降低作用更加明显。表明高温条件下钢纤维较好发挥了增韧作用,有效抑制了裂纹的扩展和试件的开裂。     

基于宏-细观尺度的钢渣混凝土力学性能研究

为研究钢渣细骨料混凝土的力学性能,配制了钢渣替代率为0、10%、20%、30%的砂浆和混凝土,进行砂浆抗压强度、混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度试验。结果表明：粒化钢渣具有界面过渡区,可以减弱钢渣砂浆的抗压强度;钢渣具有一定的水化活性,可以提高砂浆的水灰比,进而提高砂浆的抗压强度;钢渣掺量为20%时,混凝土试件的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度最大;钢渣掺量为30%时,混凝土试件的抗折强度最大。基于细观尺度,将钢渣混凝土看作由砂浆、粗骨料、钢渣颗粒、砂浆-粗骨料界面和砂浆-钢渣颗粒界面组成的五相复合材料。建立钢渣混凝土细观数值模型,模拟不同钢渣掺量的混凝土立方体抗压强度、抗折强度、荷载-挠度曲线。模拟结果与试验结果符合较好,验证了细观模型的正确性。     

再生粗骨料特性及对混凝土性能的影响研究

研究了再生粗骨料的物理力学特性,以再生粗骨料部分或全部取代天然粗骨料、以活性掺合料部分取代水泥,制成再生混凝土,对再生混凝土的物理力学性能和耐久性能进行了研究.结果表明,随着再生粗骨料掺量的增加,混凝土的抗气渗性能、抗氯离子渗透性能、收缩性能均有下降趋势.掺加活性掺合料,可以改善再生混凝土的抗气渗性能.     

预应力活性粉末混凝土梁抗火性能试验研究

活性粉末混凝土(RPC)是超高性能建筑材料,与高强预应力筋结合形成的预应力RPC梁具有显著的承载、变形和耐久性能优势,但预应力RPC梁的火灾安全性能是制约其广泛应用的关键问题之一。鉴于预应力RPC梁的火灾安全性亟待研究,以荷载水平、预应力筋保护层厚度、预应力筋类型、预应力度等为试验参数,设计制作了8个预应力RPC简支梁,开展了恒定荷载ISO 834标准升温条件下受火试验。获得了梁内温度变化、挠度 受火时间曲线、有效预应力、裂缝开展、爆裂分布及深度等试验数据,研究了火灾高温损伤演化规律和破坏模式。结果表明：干热养护可有效抑制RPC高温爆裂,受火试件保持了良好的完整性;荷载水平和预应力筋保护层厚度是影响预应力RPC梁抗火性能的关键因素,随荷载水平的减小和预应力筋保护层厚度的增大,耐火极限显著提高;荷载水平为0.5、预应力筋保护层厚度不小于45mm可满足2.0h的耐火极限要求;同等条件下有黏结预应力RPC梁的抗火性能优于无黏结预应力RPC梁;常温下按适筋梁设计的预应力RPC梁火灾下易发生少筋破坏。     

高温后不同聚丙烯纤维掺量活性粉末混凝土力学性能试验研究

完成了聚丙烯纤维(PPF)体积掺量分别为0、0.1%、0.2%和0.3%的活性粉末混凝土(RPC)经20~900℃后的力学性能试验,包括70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方体受压试验、70.7 mm×70.7 mm×228.0 mm棱柱体受压试验、40 mm×40 mm×160 mm棱柱体受折试验和“8”字形试件轴心受拉试验。考察了PPF对RPC高温爆裂的抑制效果,分析了PPF掺量和经历温度对RPC高温后力学性能(残余立方体抗压强度、残余轴心抗压强度、残余抗折强度和残余轴心抗拉强度)的影响。结果表明：PPF体积掺量0.1%和0.2%时对RPC高温爆裂的抑制作用不明显,体积掺量0.3%时可以防止RPC发生爆裂;常温下PPF的掺入对RPC力学性能有不利影响,经历温度高于200℃时,随PPF掺量的增大高温后RPC力学性能相应提高;掺PPF的RPC高温后残余抗压强度、残余抗折强度和残余轴心抗拉强度均随经历温度的升高先增大后减小,3种强度的临界温度分别为300℃、300℃和120℃。根据试验统计数据建立了高温后PPF体积掺量不同的RPC残余抗压强度、残余抗折强度和残余轴心抗拉强度随温度变化的计算式。     

高性能硅灰混凝土的高温爆裂与抗火性

采用不同湿含量的５ 种强度等级的混凝土,在ＩＳＯ标准火灾升温条件下进行高性能硅灰混凝土火灾高温行为的试验研究．用１００ ｍｍ ×１００ ｍｍ ×１００ ｍ ｍ 试件进行的爆裂试验结果表明,湿含量与强度等级是影响混凝土高温爆裂的两个主要因素．这一结果也证实了高温爆裂的蒸汽压机理（ｔｈｅ ｖａｐｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｕｉｌｄｕｐ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ） ．对火烧后混凝土板的回弹试验表明,板内各点的残余力学性能不再是一个均一的数值,而是呈一空间分布,此空间分布与板内温度场有关．因此,目前常用方法难以准确描述火灾后混凝土的残余力学性能．     

钢筋活性粉末混凝土柱高温全过程受力性能试验研究

在高温试验炉中对大尺寸钢筋活性粉末混凝土（RPC）柱和普通混凝土柱开展了高温试验,以及高温后的抗压试验,获取了柱高温下的截面温度场与轴向变形发展,分析了控制温度与轴压荷载对高温后钢筋RPC柱受压性能的影响。结果表明：掺入体积分数为2%的钢纤维和0.3%的PP纤维,避免了RPC高温爆裂的发生,且有利于提高钢筋RPC柱的高温抗裂能力;轴压荷载有效抑制了钢筋RPC柱高温下的膨胀与高温后收缩裂缝的产生,但高温与荷载的耦合作用降低了钢筋RPC柱高温后的剩余承载力与变形能力;钢筋RPC柱在经历600 ℃和800 ℃高温作用后,其承载力分别下降了39%和68%,轴向刚度分别下降了68%和83%;相比于普通钢筋混凝土柱,钢筋RPC柱高温后的承载力降低幅度更大,但其剩余截面强度相对更高;基于材料试验获得的温度-强度相关关系,提出了钢筋RPC柱高温后的剩余承载力计算式,预测值与试验值较为接近。     

Experimental research on mechanical behavior of reinforced reactive powder concrete columns at whole process of high temperature

在高温试验炉中对大尺寸钢筋活性粉末混凝土（RPC）柱和普通混凝土柱开展了高温试验，以及高温后的抗压试验，获取了柱高温下的截面温度场与轴向变形发展，分析了控制温度与轴压荷载对高温后钢筋RPC柱受压性能的影响。结果表明：掺入体积分数为2%的钢纤维和0.3%的PP纤维，避免了RPC高温爆裂的发生，且有利于提高钢筋RPC柱的高温抗裂能力；轴压荷载有效抑制了钢筋RPC柱高温下的膨胀与高温后收缩裂缝的产生，但高温与荷载的耦合作用降低了钢筋RPC柱高温后的剩余承载力与变形能力；钢筋RPC柱在经历600 ℃和800 ℃高温作用后，其承载力分别下降了39%和68%，轴向刚度分别下降了68%和83%；相比于普通钢筋混凝土柱，钢筋RPC柱高温后的承载力降低幅度更大，但其剩余截面强度相对更高；基于材料试验获得的温度-强度相关关系，提出了钢筋RPC柱高温后的剩余承载力计算式，预测值与试验值较为接近。     

自密实混凝土结构抗火研究进展

对近年来自密实混凝土结构抗火研究进展作了总结,包括自密实混凝土高温材性试验和足尺自密实混凝土构件的抗火性能试验研究。从自密实混凝土高温下和高温后的力学性能、热工性能和应力-应变关系等方面入手,总结和分析了已有研究所取得的成果和尚存的一些问题。分析表明：高温下自密实混凝土质量和抗压强度损失严重,通过添加不同添加剂可使其得到改善。由于其密度高,在高温下自密实混凝土比普通混凝土更易发生高温爆裂,加入纤维可以有效抑制爆裂但会降低抗压强度。高温爆裂的抑制和抗压强度降低的平衡研究,自密实混凝土结构高温后损伤鉴定和修复加固,以及自密实混凝土加固结构的防火保护措施研究等是今后一段时间自密实混凝土结构抗火研究领域值得关注的课题。     

纤维增强超高强混凝土防高温爆裂研究

对15组立方体抗压强度为116~143MPa纤维增强超高强混凝土(FRUHSC)试件,开展了ISO834火灾标准升温曲线下的高温爆裂试验,考察了水胶比、孔隙率、纤维类型及体积分数、试件尺寸对其高温爆裂的影响.结果表明:水胶比为0.15的超高强混凝土与水胶比为0.18时相比,具有更低孔隙率和更高强度,表现为爆裂程度更高;为改善常温下混凝土延性而掺入体积分数1.00%的熔抽超细型钢纤维并不能防止其高温爆裂;掺入体积分数0.15%的聚丙烯纤维可防止Φ100×200mm试件高温爆裂,并适用于Φ300×300mm试件.对水胶比为0.15、混掺体积分数为0.15%聚丙烯纤维及0.50%熔抽超细型钢纤维的超高强混凝土型钢组合柱进行高温加载试验后发现,型钢外包混凝土未发生高温爆裂,表明所建议的混掺纤维体积分数在构件受荷时可防止高温爆裂.     

超高性能混凝土-普通混凝土界面抗剪性能试验研究

力学性能和耐久性优异的超高性能混凝土(UHPC)非常适用于损伤普通混凝土(NC)结构的修复加固,其中UHPC-NC界面的抗剪性能对确保良好的加固效果至关重要。论文通过7组抗剪推出试验,评估NC表面光滑、凿毛、露筋、刻槽、钻孔和植筋等UHPC-NC界面的抗剪性能和破坏模式;并利用斜剪试验,探讨UHPC龄期、NC基体湿润度、NC表面粗糙度和UHPC养护条件对界面抗剪强度的影响。试验结果表明,UHPC-NC界面抗剪黏结性能优异,界面破坏方式基本为NC剪切破坏或界面+NC破坏两种模式,未出现完全的界面剥离破坏。NC表面粗糙度是影响界面抗剪强度的主要因素,凿毛或刻槽的UHPC-NC界面获得了最佳的抗剪承载力,植筋和刻槽界面在抗剪破坏时表现出较好的延性。此外,NC越湿润,UHPC-NC界面的抗剪强度越高,在UHPC早期龄期(3～7d)时界面可获得绝大部分抗剪强度(88.5%～95.0%),在常温养护条件下UHPC-NC界面的抗剪性能优于高温养护界面。