混凝土耐火性能及损伤检测研究
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设计有 限公 司 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ０ ６ ）
摘
要： 从 混凝 土组分 出发 ， 讨论 了高温下的物理化 学变化及其对混凝 土力学性能的影响 ， 并对混凝土耐 火性 能的
试 验 方 法进 行 了概 括 总 结 。
关键词 ： 混凝 土 ； 耐 火性 能 ； 检 测方法 ； 耐 久性
１ ． ４ 混 凝 土弹性 模 量在 高温 下 的 变化 从 文献『 ４ ］ 可 以得 出 ， 在温度上 升时 ， 其 三种 骨 料
高 温环 境下 水泥 水化 浆体 的影 响取决 于潮 湿 和水 化 程度 ， 受热 升 温时 ， 水 泥石 首先 干燥 ， 凝 胶水 、 自由水 为 主 的各 水 化 物 中结 合 脱 水 ， 水 泥 石 产 生 大量 收缩 。 温度达到 ５ ０ ０。 Ｃ时 ， 水 泥 石 中氢 氧 化 钙 分 解 ， 进 一 步 失水 ； 升温 至 ９ ０ ０ ｏ Ｃ以上 ， 水 化硅 酸 钙完 全分 解口 。 １ ． ２ 高温对 骨料 的影 响 骨 料对 于 混凝 土在 高温 隋况 下 的表 现 主要影 响 因 素 包 括孔 隙率 和 矿 物组 成 ， 骨料 尺 寸 、 升 温 速率 、 含水 状态 、 渗透性等也有影响 ， 砂岩 、 花 岗岩等硅质骨料由 于 含 有 石英 ， 在３ ７ ０ ｃ Ｉ ＝ 左右时 ， 石英 变为 卢 石英 ， 体 积 突然 产生 ０ ． ８ ５ ％ 的膨 胀 。 而 对 于 石 灰 石 等 碳 酸 盐 岩 石， 在升 温 至 ７ ０ ０。 Ｃ左 右时 ， Ｃ ａ Ｃ Ｏ 分 解 发 生类 似 的破 坏 。骨 料 不但 能 产 生 相变 和 分 解 ， 在 骨 料 之 间 由于 热 膨 胀差 异 ， 也 对最 终强 度造 成 了影 响 。 １ ． ３ 混 凝 土抗 压强 度在 高温下 的影 响 因素 如图 １ 所示为 ８ ７ ０ ｏ Ｃ 高 温下 ， 短 时灼 烧 ， 灼 烧 后 残 余 与 原 始 强 度之 比。 （ 原混凝土试块强度为 ２ ７ ＭＰ ａ ） 。 其 变 量 考 虑 了骨 料 种 类 （ 硅 质 骨料 、 碳 酸盐 骨 料 、 惨 砂
中图分类号 ： Ｔ Ｍ１ ６ １ ￣ ． ２ ３
文献标识码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ３ — ７ ７ ３ ｘ（ ２ ０ ｌ ３ ） Ｏ ２ — ０ ０ ３ ９ — ０ ２
０ 引 言
火 灾 是指 在空 间 和时 间上 失去 控制 的燃 烧所 造 成 的灾害” 】 。一般在 １ ０ ０ ～ ３ ０ ０℃环境下混凝土建筑要求 具 有 耐热 性 ， 如炼 铁厂 、 烟 囱等 混凝 土构 筑 物部 分 。但 在 火 灾发 生 时 ， 混 凝土 将有 可 能承 受 １ ０ ０ ０ ｏ Ｃ 左 右 的高 温 短 时 间作 用 。我 国新 建建 筑 材 料 以混 凝 土 为 主 ， 火 灾及 高温 条 件下 混凝 土 的性能 研究 具有 重 要意 义 。 １ 混凝 土材 料耐 高温 行 为
轻骨料 ） 和试验条件 ， 其中图 １ （ ａ ） 为加热不加荷载 ； 图 １ （ ｂ ） 为加 荷 至原 初 始 强 度 ４ ０ ％时受 热 测试 ； 图１ （ ｃ ） 为 加热 并冷 却 至室 温后 的受 压测 试 。
１ ． １ 高 温对 水泥 石的 影响
结果表明： １ ） 硅质骨料的混凝土残余强度远小 于 碳酸盐或惨砂轻骨料 。２ ） 边界条件改为加压后 ， 残余 强度有所提高 ， 但变化趋 势同前。３ ） 混凝土冷却后残 余 强 度均 显 著 降低 。另 Ａ ｂ ｒ ａ ｍｓ 发现 ， ｆ ｃ ＝ ２ ３ ～ ４ ５ ＭＰ ａ 范 围内不 同初始强度对处于高温状态的混凝 土残余强度 百 分 比基本 无 影 响 。
第２ 期（ 总第 １ ３ ２ 期）
Ｎ ｏ ． ２ （ Ｓ Ｕ Ｍ Ｎ ｏ ． １ ３ ２ ）
机 械 管 理 开 发
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮ Ｔ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥＬ ０Ｐ ＭＥＮ Ｔ
２ ０ １ ３ 年 ４月
Ａ Ｄ ｒ ． ２ ０ １ ３
混凝土耐火性能及损伤检测研究
的混 凝 土 在 温度 持 续 上 升 的情 况 下 ， 混 凝 土 的弹 性模 量较受热时混凝土 的抗压强度相 比较而言下降较快 ， 在温度 ３ ０ ４ ～ ４ ２ ７ ｏ Ｃ时 ， 混 凝 土 弹性 模 量 分 别是 升 温 前 初 始弹性模量 的７ ０ ％～ ８ ０ ％和 ４ ０ ％～ ５ ０ ％， 从 微 观 角 度
１ ． ５ 混凝 土试 件截 面尺寸 对 温度场 的 影响
文献［ ６ ］ 中指 出 以常 见 的 三 面受 火 为 例 ， 在不 同构 件 截 面尺 寸下 选 择截 面上 距 受火 表 面 ０ ． ０ ３ ｍ和 ０ ． ０ ７ ｍ 处 的点 随不 同受 火 时 间的温 度变 化 。 由 图 ２所 示 实 验 结 果 表 明 ： 当 受 火 时 间 小 于 ３ ０ ｍｉ ｎ时 ， 截面尺寸的变化不影响温度分布 ； 当受 火 时间 大 于 ３ ０ ｍｉ ｎ 时， 应 考 虑构 件 截 面 尺寸 对 温 度分 布 的影 响 ， 混 凝 土 构件 短 边 尺 寸 大 于 ０ ． ４ ｍ后 ， 构 件 内部 升 温情 况 变化 基本 不变 。
分析 ， 其原因是 因界面过渡 区的细微裂缝发展所引起 的， 这 对 混凝 土 的抗 折强 度 与 弹性 模 量 造 成 的影 响 较 为 明显 。文献 ［ ５ ］ 可 以得 出 ， 在 温 度 上升 时 混凝 土 弹 性 模量下降较快 ， 如在 ３ ０ ０ 、 ４ ０ ０ ｏ Ｃ 左右时 ， 混凝土弹性模 量分别约为初始值 的 ７ ５ ％、 ４ ５ ％。混凝 土弹性模量变 化幅度大于抗压强度 。但在升温后待冷却的情况下混 凝 土弹性 模 量变 化甚 微 。
摘
要： 从 混凝 土组分 出发 ， 讨论 了高温下的物理化 学变化及其对混凝 土力学性能的影响 ， 并对混凝土耐 火性 能的
试 验 方 法进 行 了概 括 总 结 。
关键词 ： 混凝 土 ； 耐 火性 能 ； 检 测方法 ； 耐 久性
１ ． ４ 混 凝 土弹性 模 量在 高温 下 的 变化 从 文献『 ４ ］ 可 以得 出 ， 在温度上 升时 ， 其 三种 骨 料
高 温环 境下 水泥 水化 浆体 的影 响取决 于潮 湿 和水 化 程度 ， 受热 升 温时 ， 水 泥石 首先 干燥 ， 凝 胶水 、 自由水 为 主 的各 水 化 物 中结 合 脱 水 ， 水 泥 石 产 生 大量 收缩 。 温度达到 ５ ０ ０。 Ｃ时 ， 水 泥 石 中氢 氧 化 钙 分 解 ， 进 一 步 失水 ； 升温 至 ９ ０ ０ ｏ Ｃ以上 ， 水 化硅 酸 钙完 全分 解口 。 １ ． ２ 高温对 骨料 的影 响 骨 料对 于 混凝 土在 高温 隋况 下 的表 现 主要影 响 因 素 包 括孔 隙率 和 矿 物组 成 ， 骨料 尺 寸 、 升 温 速率 、 含水 状态 、 渗透性等也有影响 ， 砂岩 、 花 岗岩等硅质骨料由 于 含 有 石英 ， 在３ ７ ０ ｃ Ｉ ＝ 左右时 ， 石英 变为 卢 石英 ， 体 积 突然 产生 ０ ． ８ ５ ％ 的膨 胀 。 而 对 于 石 灰 石 等 碳 酸 盐 岩 石， 在升 温 至 ７ ０ ０。 Ｃ左 右时 ， Ｃ ａ Ｃ Ｏ 分 解 发 生类 似 的破 坏 。骨 料 不但 能 产 生 相变 和 分 解 ， 在 骨 料 之 间 由于 热 膨 胀差 异 ， 也 对最 终强 度造 成 了影 响 。 １ ． ３ 混 凝 土抗 压强 度在 高温下 的影 响 因素 如图 １ 所示为 ８ ７ ０ ｏ Ｃ 高 温下 ， 短 时灼 烧 ， 灼 烧 后 残 余 与 原 始 强 度之 比。 （ 原混凝土试块强度为 ２ ７ ＭＰ ａ ） 。 其 变 量 考 虑 了骨 料 种 类 （ 硅 质 骨料 、 碳 酸盐 骨 料 、 惨 砂
中图分类号 ： Ｔ Ｍ１ ６ １ ￣ ． ２ ３
文献标识码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ３ — ７ ７ ３ ｘ（ ２ ０ ｌ ３ ） Ｏ ２ — ０ ０ ３ ９ — ０ ２
０ 引 言
火 灾 是指 在空 间 和时 间上 失去 控制 的燃 烧所 造 成 的灾害” 】 。一般在 １ ０ ０ ～ ３ ０ ０℃环境下混凝土建筑要求 具 有 耐热 性 ， 如炼 铁厂 、 烟 囱等 混凝 土构 筑 物部 分 。但 在 火 灾发 生 时 ， 混 凝土 将有 可 能承 受 １ ０ ０ ０ ｏ Ｃ 左 右 的高 温 短 时 间作 用 。我 国新 建建 筑 材 料 以混 凝 土 为 主 ， 火 灾及 高温 条 件下 混凝 土 的性能 研究 具有 重 要意 义 。 １ 混凝 土材 料耐 高温 行 为
轻骨料 ） 和试验条件 ， 其中图 １ （ ａ ） 为加热不加荷载 ； 图 １ （ ｂ ） 为加 荷 至原 初 始 强 度 ４ ０ ％时受 热 测试 ； 图１ （ ｃ ） 为 加热 并冷 却 至室 温后 的受 压测 试 。
１ ． １ 高 温对 水泥 石的 影响
结果表明： １ ） 硅质骨料的混凝土残余强度远小 于 碳酸盐或惨砂轻骨料 。２ ） 边界条件改为加压后 ， 残余 强度有所提高 ， 但变化趋 势同前。３ ） 混凝土冷却后残 余 强 度均 显 著 降低 。另 Ａ ｂ ｒ ａ ｍｓ 发现 ， ｆ ｃ ＝ ２ ３ ～ ４ ５ ＭＰ ａ 范 围内不 同初始强度对处于高温状态的混凝 土残余强度 百 分 比基本 无 影 响 。
第２ 期（ 总第 １ ３ ２ 期）
Ｎ ｏ ． ２ （ Ｓ Ｕ Ｍ Ｎ ｏ ． １ ３ ２ ）
机 械 管 理 开 发
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮ Ｔ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥＬ ０Ｐ ＭＥＮ Ｔ
２ ０ １ ３ 年 ４月
Ａ Ｄ ｒ ． ２ ０ １ ３
混凝土耐火性能及损伤检测研究
的混 凝 土 在 温度 持 续 上 升 的情 况 下 ， 混 凝 土 的弹 性模 量较受热时混凝土 的抗压强度相 比较而言下降较快 ， 在温度 ３ ０ ４ ～ ４ ２ ７ ｏ Ｃ时 ， 混 凝 土 弹性 模 量 分 别是 升 温 前 初 始弹性模量 的７ ０ ％～ ８ ０ ％和 ４ ０ ％～ ５ ０ ％， 从 微 观 角 度
１ ． ５ 混凝 土试 件截 面尺寸 对 温度场 的 影响
文献［ ６ ］ 中指 出 以常 见 的 三 面受 火 为 例 ， 在不 同构 件 截 面尺 寸下 选 择截 面上 距 受火 表 面 ０ ． ０ ３ ｍ和 ０ ． ０ ７ ｍ 处 的点 随不 同受 火 时 间的温 度变 化 。 由 图 ２所 示 实 验 结 果 表 明 ： 当 受 火 时 间 小 于 ３ ０ ｍｉ ｎ时 ， 截面尺寸的变化不影响温度分布 ； 当受 火 时间 大 于 ３ ０ ｍｉ ｎ 时， 应 考 虑构 件 截 面 尺寸 对 温 度分 布 的影 响 ， 混 凝 土 构件 短 边 尺 寸 大 于 ０ ． ４ ｍ后 ， 构 件 内部 升 温情 况 变化 基本 不变 。
分析 ， 其原因是 因界面过渡 区的细微裂缝发展所引起 的， 这 对 混凝 土 的抗 折强 度 与 弹性 模 量 造 成 的影 响 较 为 明显 。文献 ［ ５ ］ 可 以得 出 ， 在 温 度 上升 时 混凝 土 弹 性 模量下降较快 ， 如在 ３ ０ ０ 、 ４ ０ ０ ｏ Ｃ 左右时 ， 混凝土弹性模 量分别约为初始值 的 ７ ５ ％、 ４ ５ ％。混凝 土弹性模量变 化幅度大于抗压强度 。但在升温后待冷却的情况下混 凝 土弹性 模 量变 化甚 微 。