高温下及高温冷却后混凝土力学性能的试验研究_王孔藩

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[ 收稿日期 ] 2005205220 [ 作者简介 ] 王孔藩 (1942 —) ,男 ,上海人 ,上海市建筑科学研究 院教授级高级工程师 ,同济大学兼职教授 ,博士生导师 ,上海市 宛平南路 75 号 200032 ,电话 : (021) 64390552
高温自然冷却后混凝土弹性模量的试验设备与抗 压强度的试验设备相同 。试块尺寸为 150mm ×150mm ×300mm。试验结果如表 4 所示 。
表 4 高温自然冷却后混凝土弹性模量的折减系数 温度Π℃ 常温 300 400 500 600 700 800 折减系数 1100 0175 0146 0139 0111 0105 0103
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高温下及高温冷却后钢筋力学性能的试验研究
王孔藩 , 许清风 , 刘挺林
(上海市建筑科学研究院 ,上海 200032)
[ 摘要 ] 进行了圆钢 、螺纹钢 、冷拔和冷轧扭 4 种钢筋高温下力学性能的试验研究 ,同时进行了螺纹钢筋高温冷却后
力学性能的试验研究 ,并与室温下钢筋力学性能进行了对比分析 。了解高温下和高温冷却后钢筋力学性能的变
2510
石灰石 碳酸盐类
3114
红石 硅酸盐类
3213
青石 硅酸盐类
3210
石灰石 碳酸盐类
4110
数量Π组
9 9 9 9 9 9 9
表 2 高温下混凝土抗压强度折减系数
温度Π℃
碳质 (石灰石)
骨料 硅质 (红石)
硅质 (青石)
常温 100 200 300 400 500 600 700 800
1100
本次试块的尺寸为 100mm ×100mm ×100mm ,加热 设备为 SRJ X21229 箱形电阻炉 ,炉内恒温误差范围在 ± 5 % ,净空尺寸为 1 000mm ×1 000mm ×1 000mm。采用 ISO 国际标准升温曲线进行升温 ,加热温度分为常温 、 100 、200 、300 、400 、500 、600 、700 和 800 ℃共 9 种情况 ,当 试块加热到某指定温度后恒温 2h ,以使整个试块处于 均匀温度场后再进行试验 。试块的强度等级为 C20 、 C30 、C40 ;骨料的类型包括硅酸盐类和碳酸盐类 。试块 共 63 组 ,每组 3 个 。试块的具体情况如表 1 所示 。试 验在 NYL22000 型压力试验机上进行 。
由表 4 可知 ,高温自然冷却后混凝土弹性模量随 着温度的升高而不断降低 ,且降低速率比相应抗压强 度的降低速率更快 ,特别是当温度大于 600 ℃后 ,其弹 性模量的降低更为迅速 ,基本丧失抗压变形能力 。因 此 ,火灾后混凝土结构容易产生较大的残余变形 。 4 结论
(1) 混凝土骨料类型和强度等级的不同对混凝土 高温时的抗压强度影响不大 ,而灼烧温度对混凝土高 温时的抗压强度却有明显影响 。在温度 达 到 100 ～ 300 ℃时 ,由于拮抗效应 ,混凝土抗压强度略有反弹 ;当 温度大于 300 ℃后 ,混凝土的抗压强度逐渐下降 ; 当温 度达到 800 ℃时 ,混凝土的抗压强度下降到室温时的 25 %左右 。
表 3 自然冷却和浇水冷却后抗压强度折减系数 温度Π℃ 常温 200 300 400 500 600 700 800 自然冷却 1100 1100 0182 0176 0160 0160 0150 0125 浇水冷却 1100 1100 0174 0163 0152 0143 0129 0114 高温下 1100 1100 1100 0190 0175 0162 0150 0125
当温度超过 700 ℃时 ,混凝土发生爆裂现象 。混凝 土的爆裂是由于混凝土中水蒸气的迁移受阻引起的 。 由于在役混凝土结构中混凝土的老化使其毛细管被分 割 ,因而在役混凝土结构在火灾中也易发生爆裂现象 。 2 高温冷却后混凝土的抗压强度
本次试验的混凝土为 C20 ,冷却方式为自然冷却 和浇水冷却两种 。加热温度分常温 、200 、300 、400 、500 、 600 、700 和 800 ℃共 8 种情况 ,当试块加热到指定温度 后恒温 2h 。对于自然冷却的试块 ,取出在空气中自然 冷却 30d 后再进行试验 ;而对于浇水冷却的试块 ,取出 后浇水冷却 ,再静置 30d 后进行试验 。其抗压强度折 减系数如表 3 所示 。
表 3 中的高温下抗压强度折减系数是由图 1 中 3 条曲线的平均值而得 ,当混凝土抗压强度出现反弹时 ,
为了安全 ,取折减系数为 110 。从表 3 可知 ,在温度小 于 200 ℃以前 ,混凝土抗压强度的下降均不明显 。随着 温度的进一步升高 ,混凝土的抗压强度均呈下降趋势 。 高温浇水冷却后的混凝土抗压强度明显低于自然冷却 后的抗压强度 ;而高温自然冷却后混凝土抗压强度低 于高温下的抗压强度 。原因是 :混凝土在高温下遇水 骤然冷却 ,内外温差导致混凝土内部产生大量收缩裂 缝 ,同时浇水冷却劣化了混凝土的微观结构 。
( Shanghai Research Institute of Building Science , Shanghai 200032 , China)
Abstract : The effect of the aggregate type , strength grade , cooled way and the heating temperature on the mechanics performance of concrete was experimentally investigated. All the test results were compared with the relevant ones in room temperature. The decreasing degree of strength of concrete was got . This may be beneficial to the assessment and appraisal of RC structures after fire. Key words :concrete ; high temperature ; mechanics performance ; aggregate
(2) 高温浇水冷却后的混凝土抗压强度明显低于 自然冷却后的抗压强度 ;而高温自然冷却后的混凝土 抗压强度低于高温下的抗压强度 。
(3) 高温自然冷却后混凝土弹性模量随着温度的 升高而不断降低 ,且降低速率比相应抗压强度的降低 速率更快 。
(4) 由于高温冷却后混凝土抗压强度存在滞迟效 应 ,因而应在混凝土抗压强度衰减期结束后进行鉴定 和评估 。如在衰减期进行混凝土强度检测 ,应进行相
力学性能进行了对比分析 。了解高温下和高温冷却后混凝土力学性能的变化 ,对评估钢筋混凝土结构火灾后的性
能有重要作用 。
[ 关键词 ] 混凝土 ;高温 ;力学性能 ;骨料
[ 中图分类号 ] TU50113 ;TU52811
[ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100228498 (2005) 0820001202
化 ,对评估钢筋混凝土结构火灾后的性能有重要作用 。
[ 关键词 ] 钢筋 ;高温 ;力学性能 ;试验研究
[ 中图分类号 ] TU50113 ;TU511132
[ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100228498 (2005) 0820003203
Experimental Research on Mechanics Performance of Steel Bar After High Temperature and Cooled Do wn from High Temperature
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施工技术
第 34 卷
图 1 混凝土高温下抗压强度折减系数变化曲线
由图 1 和表 2 可知 ,3 种骨料混凝土的强度变化趋 势相近 ,仅由于骨料类型的不同而略有差别 。当温度 升高到 100 ℃时 ,混凝土抗压强度有所下降 ; 当温度达 到 100～300 ℃时 ,混凝土抗压强度出现反弹 ,大于常温 下的抗压强度 ;当温度大于 300 ℃后 ,混凝土的抗压强 度逐渐下降 ;当温度达到 800 ℃时 ,混凝土的抗压强度 下降到常温下的 1Π4 左右 。
由于强度等级的影响很小 ,因而对 3 种强度等级 试块在高温下抗压强度折减系数进行综合分析 。高温 下混凝土抗压强度折减系数如表 2 、图 1 所示 。
混凝土 强度等级
C20
C30 C40
表 1 混凝土试块组成及数量
粗骨料
成分
类型
常温下强度Π MPa
石灰石 碳酸盐类
2610
红石 硅酸盐类
2516
青石 硅酸盐类
Experimental Research on Mechanics Performance of Concrete After High Temperature and Cooled Do wn from High Temperature
WAN G Kong2fan , XU Qing2feng , LIU Ting2lin
2005 年 8 月
施 工 技 术
第 34 卷 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ第 8 期
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
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高温下及高温冷却后混凝土力学性能的试验研究
王孔藩 , 许清风 , 刘挺林
(上海市建筑科学研究院 ,上海 200032)
[ 摘要 ] 进行了不同骨料 、不同强度混凝土高温下以及不同冷却方式下力学性能的试验研究 ,并与常温下混凝土的
高温冷却后混凝土抗压强度除了与受火温度有关 外 ,还与冷却后的静置时间有关 。当温度超过 580 ℃ 后 ,高温冷却后的混凝土抗压强度存在滞迟效应 。即 混凝土抗压强度随着静置时间的增加而衰减 。一般此 衰减过程需要 6～15d ,主要与火场温度和静置环境有 关 。为了保证火灾后混凝土结构鉴定和评估的结论安 全 、可靠 ,建议火灾后混凝土强度的检测应在火灾发生 14d 后进行 。否则应进行相应的折减[2] 。 3 高温自然冷却后混凝土的弹性模量
当温度达到 100～300 ℃时 ,混凝土抗压强度出现 反弹 ,大于常温下的抗压强度 ,这是由于混凝土的拮抗 效应所致 。同样 ,高强混凝土也具有这种现象[1] 。在 混凝土中一般均含有未被熟化的水泥熟料 ,在火灾作 用下 ,这些被水化产物封闭包裹着的未反应的水泥熟 料有重新水化的可能 。在高温作用下 ,混凝土内部形 成大量水蒸气 ,使水化反应在蒸压条件下被加速 。这 就导致了在温度达到 100～300 ℃时 ,混凝土抗压强度 出现反弹 。也就是说 ,此时剩余水泥熟料的水化使混 凝土强度增大的作用大于其它使混凝土强度降低的作 用 。这就是混凝土在 100～300 ℃时的拮抗效应 。而随 着温度的进一步升高 ,剩余熟料的减少和高温对混凝 土微观结构的破坏导致混凝土强度降低 。
混凝土结构是由钢筋和混凝土组成的 。火灾对钢 筋和混凝土材料性能的劣化作用直接危及到结构的安 全性能和耐久性能 。为了正确评估火灾发生时和火灾 发生后混凝土结构的安全性能和耐久性能 ,就应该了 解高温下以及高温冷却后混凝土力学性能的改变 。基 于此 ,本文进行了不同强度 、不同骨料的混凝土在高温 下以及在不同冷却方式下力学性能的试验研究 。 1 混凝土在火灾高温下的抗压强度
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2005 年 8 月
施 工 技 术
第 34 卷 第 8 期
CONSTRUCTION TECHNOLOGY