含混杂纤维混凝土的高温性能研究

摘要：针对高性能混凝土的防火、抗爆裂性能低的特点，采用低熔点（聚丙烯纤维）及高熔点纤维（钢纤维）混杂的方法，对高性能混凝土高温性能（抗折强度、抗压强度及劈裂抗拉强度，抗爆裂性能）进行改善。文章介绍了试验的原材料，相应的试验方法，分析了试验结果，其中包括混杂纤维对高温下混凝土抗折强度、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗爆裂性能的影响。最后还分析了混杂纤维改善混凝土高温性能机理的有关问题，希望能够对高性能混凝土的生产与运用发挥相应的指导作用。

关键词：混杂纤维；高性能混凝土；高温性能；抗折强度；抗压强度；

中图分类号： TU37 文献标识码： A 文章编号：

0.引言

火灾事故中民众的人身安全是民用建筑、公共建筑及工业建筑设计所必须考虑的问题。与木材和塑料相比，混凝土是不燃物，即使在高温条件下也不会释放有毒烟雾；与钢材相比， 混凝土即使在700~800 e 高温下，仍然能在一定时间内保持足够的强度，从而降低了结构倒塌的风险，使人们可以赢得安全撤离的时间。然而，混凝土结构在高温下极有可能发生毁坏性爆裂，表现为突然、猛烈的脆性破坏。对于脆性和密度更大、渗透性更低的高强混凝土，产生爆裂的危险性更大，并且受热温度越高，混凝土强度等级越大，发生爆裂的几率和剧烈程度也越大。因此，深入研究混凝土高温爆裂的成因机理，设法改善混凝土的内部缺陷， 对提高混凝土的抗火性能有着深远的意义。

1.试验原材料与试验方法

1.1 试验原材料

进行试验的原材料主要包括以下几种：水泥，采用的是42.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰，采用的是汇能II型复合粉煤灰；粗骨料，采用玄武岩碎石，粗骨料为5—20mm连续级配碎石；细骨料，采用的是江砂，中砂，细度模数为2.7；减水剂，采用的是Grace S20高效减水剂，减水率大于20%；钢纤维，采用的是Harex钢丝钢纤维，l=30mm，d=0.60mm，l/d=50；聚丙烯纤维，在本次试验中，采用的是长坚聚丙烯纤维。材料选择好之后，按照相关的规定和标准做好配合比。

1.2 试验方法

在试验的时候，主要是试验混凝土的抗压强度、抗折强度、破裂抗拉强度，所采用的是试件尺寸是150mm×150mm×150mm。当试件成型之后，在室温下经过24h养护之后，然后脱模，放在标准养护室当中养护至60d，再在常温下放置1d之后，进行高温试验。在高温试验的时候，采用的是电炉，其温度一直不断的升高，当达到一定的值之后温度保持相对稳定。本电炉的最高温度能够达到1000℃，采用正常方式升温，达到指定的温度之后，恒温两个小时。冷却方式采用炉内自然冷却。掺混杂纤维混凝土抗爆裂性能影响试验温度为800℃和1000℃。

2.试验结果分析

（1）混杂纤维对高温下混凝土抗折强度的影响。通过对比分析，在200℃以前，200℃-400℃之间，800℃时候，掺入与未掺入混杂纤维的抗折强度呈现出不同变化。但最终二者的抗折强度变化逐渐趋同。值得注意的是，纤维挥发会在混凝土当中引入一定数量的孔道，影响了混凝土的抗折强度。而在200℃-400℃范围之内，基准混凝土抗折强度急剧下降，当温度升高到一定的时候，纤维发挥殆尽，引起抗折强度随着温度的变化而逐渐趋同。

（2）混杂纤维对高温下混凝土抗压强度的影响。常温下掺加与不掺加混杂纤维的混凝土抗压强度相差不大。随着温度的升高，它们的抗压强度变化趋势相同，并且降低的速度相差也比较小。

（3）混杂纤维对高温下混凝土劈裂抗拉强度的影响。常温下，掺入和没有掺入混杂纤维的混凝土的劈裂抗拉强度差别不大，而掺入混杂纤维之后，由于钢纤维的存在，提高了抗拉强度剩余率，由此我们可以得知，掺加钢纤维能够能够提高混凝土高温后的抗拉性能。

3.混杂纤维改善混凝土高温性能的机理

（1）混凝土爆裂现象的产生。一般来说，人们普遍认为混凝土受热爆裂的过程，就是混凝土的水分从内部逸出的过程。当温度不断升高，混凝土强度损失的速率也相应的增加，温度达到600℃的时候，强度会损失50%，当温度达到800℃的时候，强度会损失80%左右。就高强度混凝土来说，它的密实度往往比较高，空隙率比较低，蒸发通道不畅，这就使得水分不容易逸出，往往达到过高蒸汽分压，大大超过了混凝土的抗张强度，使得混凝土不能抵御这种过大的内部压力，从而引起爆裂现象的发生。

（2）混杂纤维改善混凝土高温性能。当掺入混杂纤维之后，这种情况就得到了相应的变化。当温度为180℃的时候，混凝土处在自蒸阶段，内部的压力变化比较小。而聚丙烯纤维的熔点很低，到了该温度的时候早已经熔化，熔化之后其液体体积十分小，占用很小的空间，往往形成很多的小空隙，聚丙烯纤维分布均匀，纤维数量极多，比较细小，引起混凝土内部孔结构发生相应的变化，这就加强了孔隙的连通性，为混凝土内部水分的蒸发提供了通道。同时还缓解了水分膨胀所形成的分压，大大降低了混凝土内部的压力，防止了混凝土爆裂的产生。

4.试验结论

通过对以上试验结果分析，可以得出以下几个结论：

（1）高温情况下，混在纤维可以发挥良好的作用，能够有效的阻止混凝土发生爆裂现象，还不会对混凝土造成破坏，能够保证混凝土的完整性。在高温之后，混凝土还能够承受较高的荷载。当达到800℃高温的时候，抗折强度剩余率约为10%，劈裂抗拉强度剩余率约为20%。

（2）在高温条件下，聚丙烯纤维熔化之后，往往会留下若干的孔洞。这些孔洞形成高压蒸汽的排出通道，这样就阻止了爆裂的产生。但与此同时，也使得混凝土的强度得以减弱。并且，还形成了外部介质入侵的连通性通道，使得混凝土的耐久性大大降低。

（3）当温度如果继续升高，超过一定的限度之后，基准混凝土与混杂纤维混凝土的抗折性能变化趋势一致。

5.结语

（1）具有高强或高耐久性的高性能混凝土正逐渐替代普通混凝土并已广泛应用于混凝土结构中，但由于高性能混凝土本身的内部缺陷，使其在遭遇火灾时容易发生爆裂，这无疑会对人们的生命财产安全造成极大隐患。混杂纤维的掺入不仅能降低混凝土在高温下产生爆裂的可能性、较好地保持混凝土的完整性，而且能改进高强混凝土的脆性问题、明显改善混凝土高温后的力学性能。

（2）合理的纤维掺量能使高性能混凝土的耐火性达到最佳状态，但目前对混杂纤维混凝土高温性能的研究还比较离散，需要继续深入研究混杂纤维混凝土抗爆裂性能并寻求纤维的合理掺量，以期既能提高混凝土的耐火性，又能降低纤维混凝土的成本，使纤维混凝土在实际工程中得到更广泛的应用。

参考文献

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