高温后高性能混凝土力学性能研究

<正>北京交通大学研究人员开展了高温后高性能混凝土力学性能的试验研究,主要考察了不同类别高性能混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和断裂能试验结果的差别。研究结果表明:高温冷却后,含粗骨料超高性能混凝土和活性粉末混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度随着经历温度的升高,均呈现先升高后降低的特点;而断裂能随着经     

超高性能混凝土抗高温爆裂性能试验研究

测定了含粗骨料超高性能混凝土与活性粉末混凝土的不同含湿量(质量分数,下同)试件在从常温加热至800℃过程中的抗高温爆裂性能.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.粗骨料的存在不仅降低了超高性能混凝土的内部应力,而且增大了钢纤维在砂浆基体中的分布密度,因此起到减轻混凝土爆裂的作用.试验中大量粗骨料从砂浆基体中剥离,这证实蒸汽压力是导致超高性能混凝土发生高温爆裂的重要因素.2种超高性能混凝土的0%含湿量试件均未发生爆裂,而含湿量在25%及以上的试件均发生了爆裂,且含湿量越大,试件爆裂越严重.可以用爆裂发生的温度范围和爆裂声响次数来判断超高性能混凝土高温爆裂的严重程度.     

高温作用后混杂纤维活性粉末混凝土残余力学性能研究

通过测定高温作用后5种不同纤维掺量的混杂纤维(聚丙烯纤维和钢纤维)活性粉末混凝土( reactive powder concrete,RPC)残余抗压强度、残余劈裂抗拉强度及残余断裂能等力学性能,研究了混杂纤维RPC受高温作 用后残余力学性能特征.试验结果表明,聚丙烯纤维体积掺量为0.15%、钢纤维体积掺量为2%是改善高温残余力学性能的最佳体积掺量.纤维掺量不同的混杂纤维RPC,经不同高温作用后表面特征和残余力学性能的变化规 律均基本一致.随着温度升高,残余抗压强度先明显增长,再缓慢增长,直至不增长,最后明显下降,残余劈裂抗拉强度随着温度升高先略有下降或几乎不变,再较明显下降,最后大幅度下降;残余断裂能随着温度升高先略有提高(几乎不变),再较明显下降,最后大幅度下降.劈裂抗拉强度对高温造成的孔粗化效应和微裂纹更为敏感,抗压强度则敏感性较小,断裂能则介于抗压强度、劈裂抗拉强度二者之间.     

玄武岩纤维增强纳米二氧化硅混凝土高温后力学性能的试验研究

对高温作用下的素混凝土、纳米SiO₂混凝土、玄武岩纤维增强纳米SiO₂混凝土进行抗压、劈裂抗拉和抗折试验,建立了混凝土强度预测模型。结果表明：各组混凝土抗压强度均在400℃时达到峰值,此时各组混凝土较常温时提高范围为3.5%～6.8%,随后逐渐降低;劈裂抗拉强度和抗折强度均随着温度的升高而逐渐降低,800℃时,素混凝土的劈裂抗拉强度残余率和抗折强度残余率分别为27.6%、36.2%。纳米SiO₂的掺入提高了素混凝土的抗压、劈裂抗拉和抗折强度。掺入玄武岩纤维后的纳米SiO₂混凝土在800℃高温后的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度最大分别提高了33.7%、15.6%、17.2%。建立的高温作用后混凝土强度预测模型的精确度较高。     

再生混凝土基本力学性能研究(Ⅱ)

在单轴受压性能研究的基础上,进一步研究了再生混凝土的单轴抗拉强度、劈裂抗拉强度以及两者之间的关系,抗折强度,断裂能,与钢筋的粘结强度,热膨胀系数和高温后残余抗压强度.试验结果表明,再生混凝土的单轴抗拉强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、断裂能及其与钢筋的粘结强度均随其抗压强度的增加而增加;普通混凝土单轴抗拉强度、劈裂抗拉强度及其与钢筋间的粘结强度计算公式也适用于再生混凝土,但普通混凝土抗折强度和断裂能计算公式用于再生混凝土则偏于不安全;再生混凝土的热膨胀系数约为1×10-5K-1,与普通混凝土差别不大;再生混凝土高温后残余抗压强度的变化规律与轻骨料混凝土类似.     

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。     

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     

不同养护条件下钢纤维掺量对RPC强度的影响

为了研究钢纤维含量和养护条件对活性粉末混凝土强度的影响规律,进行了五种钢纤维体积掺量和标准、高温、自然三种养护条件下的活性粉末混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度试验。试验结果表明,随着钢纤维体积含量的增加,混凝土的抗压强度有一定的增强,当钢纤维体积含量大于3.5%时,其抗压强度不再增加;随着钢纤维体积含量的增加,劈裂抗拉强度在钢纤维含量小于2%情况下,增长较明显,其中标准养护下的劈裂抗拉强度的增幅为12.5%,高温养护下的劈裂抗拉强度增加了1.14倍,而自然养护下的劈裂抗拉强度的增幅为22.7%。当钢纤维体积含量超过2%,其劈裂强度几乎保持不变,强度值为10.8MPa。高温养护条件有利于活性粉末混凝土的抗压强度的增强,但对劈裂抗拉强度影响不大。     

高温后再生混凝土的残余抗折强度

完成了150块不同再生粗骨科取代率(0%、30%、50%、70%、100%)下再生混凝土棱柱体试块在20℃～800℃下的高温试验.通过对高温中和高温后试验现象与数据的对比,研究了高温后再生混凝土的残余抗折强度,分析了高温后再生混凝土的残余抗折强度与经历温度之间的相互关系与变化特点,同时与已有高温后再生混凝土的残余抗压强度进行了对比分析.最后,提出了基于试验统计的再生混凝土残余抗折强度与经历温度之间的建议公式.结果表明:随经历温度的升高,高温后再生混凝土的残余抗折强度整体上逐渐下降;与残余抗压强度相比,再生粗骨料取代率对高温后再生混凝土的残余抗折强度影响不明显.     

冷却方式对高温作用后C40HPC抗压及劈拉强度的影响

对C40高性能混凝土(简称HPC)不同高温作用后,采用自然冷却和喷淋冷却两种方式冷却至常温,研究其抗压强度和劈裂抗拉强度的变化。试验结果表明,两种冷却方式均使C40高性能混凝土抗压强度及劈拉强度总体呈下降趋势,但自然冷却后,混凝土抗压强度在300℃出现反弹,劈拉强度一致下降;喷淋冷却后,抗压强度和劈裂抗拉强度均一致下降。初步探讨了高温后混凝土性能劣化的机理。     

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。     

Comparison of compressive and splitting tensile strength of high-strength concrete with and without polypropylene fibers heated to high temperatures

This paper presents the results of an extensive experimental study on the compressive and splitting tensile strength of high-strength concrete with and without polypropylene (PP) fibers after heating to 600 °C. Mixtures were prepared with water to cementitious materials ratios of 0.40, 0.35, and 0.30 containing silica fume at 0%, 6%, and 10% cement replacement and polypropylene fibers content of 0, 1, 2, and 3 kg/m³. A severe strength loss was observed for all of the concretes after exposure to 600 °C, particularly the concretes containing silica fume despite their good mechanical properties at room temperature. The range of 300–600 °C was more critical for concrete having higher strength. The relative compressive strengths of concretes containing PP fibers were higher than those of concretes without PP fibers. The splitting tensile strength of concrete was more sensitive to high temperatures than the compressive strength. Furthermore, the presence of PP fibers was more effective for compressive strength than splitting tensile strength above 200 °C. Based on the test results, it can be concluded that the addition of 2 kg/m³ PP fibers can significantly promote the residual mechanical properties of HSC during heating.     

混杂纤维增强高性能混凝土(HFHPC)高温力学性能及微观分析

研究了混杂纤维增强高性能混凝土(HFHPC)与普通混凝土(NC)的高温力学性能,测试了两种混凝土试件在承受常温及200、400、600、800℃高温后的抗压、劈裂抗拉和抗折强度及试件烧失量,采用SEM观察高温后的混凝土微观组织变化。结果表明:混杂纤维可显著提高混凝土的常温及高温力学性能。在所试验温度下的HFHPC混凝土的抗压、劈裂抗拉和抗折强度均高于NC混凝土,且在400℃时,达到最大值。400℃以后,HFHPC混凝土的力学性能随着温度升高而降低,但仍显著高于同温度时NC混凝土的强度值,特别是劈裂抗拉强度的提高尤为明显,至800℃时HFHPC混凝土的抗压、劈裂抗拉、抗折强度分别为同温度时NC混凝土的1.24、4.5和1.61倍。     

高温后长龄期在役混凝土抗压强度研究及微观分析

为了研究高温后长龄期在役混凝土损伤及微观变化特征,通过对龄期在20年以上的钢筋混凝土结构取样,进行在役混凝土高温试验,提出高温后在役混凝土残余抗压强度变化规律,建立在役混凝土残余抗压强度与不同温度之间的拟合回归公式,利用热重（TG）及扫描电镜观察,分析了高温后在役混凝土物相及微观形貌随受火温度的变化情况。研究结果表明:高温后在役混凝土残余抗压强度变化规律与实验室新浇筑混凝土类似,相比而言,当受火温度T≤300 ℃时,在役混凝土相对残余抗压强度略低;当T＞700 ℃时,在役混凝土相对残余抗压强度较高,所得结论可为实际工程中长龄期在役混凝土结构高温后的损伤评估提供参考依据。     

高温后纤维陶粒混凝土力学性能试验研究

通过对分别掺入聚丙烯腈纤维(PANF)、聚乙烯醇纤维(PVAF)的陶粒混凝土进行20,200,400,600,800℃五个温度水平高温后的加载试验,研究纤维掺入对陶粒混凝土抗压强度、抗拉强度与弹性模量随温度的变化规律,并与无纤维掺入陶粒混凝土进行对比分析。试验表明:分别掺入纤维PANF和PVAF后,对高温后陶粒混凝土的立方体抗压强度无明显改善效应,但可有效提高陶粒混凝土高温后的劈裂抗拉强度;掺入PANF后可改善陶粒混凝土在达到峰值极限荷载后的脆性破坏特性,在600℃内可有效提高陶粒混凝土高温后的棱柱体抗压强度,在20~400℃内能有效减缓陶粒混凝土弹性模量的降低。     

活性粉末混凝土疲劳后剩余抗压强度试验研究

为研究经受疲劳荷载作用后活性粉末混凝土（RPC）的剩余抗压强度变化规律，对3组共24个RPC圆柱体试件，进行疲劳试验研究。通过静载试验建立RPC抗压强度和谐振频率之间的关系，推算出各疲劳试件的初始抗压强度；在此基础上，对RPC试件进行轴压单级和两级疲劳加载试验，并实测试件在疲劳荷载作用一定次数后的剩余抗压强度。实测结果表明：RPC在单级疲劳后剩余抗压强度的衰减率随循环寿命比的增大而减小，而衰减速率则随着循环寿命比的增大而增大。根据实测值得到RPC单级和两级疲劳加载后剩余抗压强度衰减率与循环寿命比之间关系的拟合公式，计算结果与实测结果吻合良好。图4表8参13     

Influence of steel fibres on strength and ductility of normal and lightweight high strength concrete

This paper presents the results of a series of experiments conducted to investigate the effectiveness of fibre inclusion in the improvement of mechanical performance of concrete with regard to concrete type and specimen size. Lightweight aggregate concrete and limestone aggregate concrete with and without steel fibres were used in the study. The compressive strength of the concrete mixes varied between 90 and 115 MPa and the fibre content was 1% by volume. Splitting tests on prisms and three-point bending test on notched beams were carried out on specimens of varying sizes to examine the size effect on splitting strength, flexural strength and toughness.

The experimental findings indicate that the low volume of fibre has little effect on compressive strength but improve remarkably splitting tensile strength, flexural strength and toughness. The increase in splitting tensile strength, flexural strength and toughness index for lightweight concrete seems much higher than that of normal aggregate concrete.

The size effect on prism splitting tensile strength is not significant beyond a critical (transition) size. There are apparent size effects on flexural strength and toughness index. As the specimen size increases, splitting and flexural strengths appear to decrease, and fracture behaviour tends to be more brittle.     

Experimental study of mechanical properties of normal-strength concrete exposed to high temperatures at an early age

In China, accidental fires are known to occur during construction, causing concrete to be exposed to high temperatures when it is at an early age (i.e. “young”). In this paper, compressive and splitting tensile strengths of concretes cured for different periods and exposed to high temperatures were obtained. The effects of the duration of curing, maximum temperature and the type of cooling on the strengths of concrete were investigated. Experimental results indicate that after exposure to high temperatures up to 800 °C, early-age concrete that has been cured for a certain period can regain 80% of the compressive strength of the control sample of concrete. The 3-day-cured early-age concrete was observed to recover the most strength. The type of cooling also affects the level of recovery of compressive and splitting tensile strength. For early-age concrete, the relative recovered strengths of specimens cooled by sprayed water are higher than those of specimens cooled in air when exposed to temperatures below 800 °C, while the changes for 28-day concrete are the converse. When the maximum temperature exceeds 800 °C, the relative strength values of all specimens cooled by water spray are lower than those of specimens cooled in air.     

加载速率对湿态混凝土强度的影响

首先研究了混凝土在自由吸水条件下的饱和度演化规律,然后对5种湿度状态下的混凝土进行了5种抗压加载速率下的单轴压缩试验和5种劈裂抗拉加载速率下的劈裂抗拉试验,最后建立了不同饱和度混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度随加载速率变化的预测公式,并分解了自由水与加载速率的独立效应.结果表明:相同加载速率下混凝土试件的抗压强度与劈裂抗拉强度均随饱和度的增加而降低;相同饱和度下混凝土试件的抗压强度与劈裂抗拉强度均随加载速率的提高呈近似指数关系增长;相同饱和度下混凝土劈裂抗拉强度随加载速率的变化幅度较抗压强度更为显著.     

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。