高温下钢筋与混凝土的热工性能和力学性能

对 于钢 筋混凝 土结 构 ，由于混凝 土材料 的热惰 性 ，火 灾 时 内部 升 温 缓慢 ，保 护层 的存 在 延迟 了钢筋 温 度 的 升 高 ，所 以承 载力 下 降缓 慢 ，其 抗火性 能远远 优于钢 结构 。 但 是混凝 土是一 种复合 建筑 材料 。在 高温 作用下 ， 由于 混 凝 土组成材 料 中粗 细骨 料和 水泥等胶 结材料 的热 工性 能不 同， 以及 这些材 料 间的物理 化学作 用等错 综复杂 的原 因， 混凝 土及 钢筋 的材 料组 分发 生变化 ，因此 它们 的物理力 学
性 能 随 温 度 的变 化 。
２２１ 膨胀 系数 ０ ． 热 ． 【
１ ０Ｃ ０ 。：水泥胶 凝体 中的水继 续逸 出，水泥 的水 ０ 。￣３ ０ Ｃ
化 生 成 物 和 未 充 分 水 化 的 熟 料 ， 因温 度 膨 胀 系 数 的 不 一 致
在 界面 上发生应 力集 中 ，当应力超 过其粘 结强度 后水泥 浆 内就形成 微裂缝 ，而粗 、细 骨料 的线膨胀 系数与 水泥浆 也 不 同 ，沿 骨料表 面也将 形成 微裂缝 ，而 且随着温 度 的升 高 而 逐渐发 展 ，使 混凝土 表面 出现发 丝裂缝 ，并往 内部深 处
１ ０Ｃ 右 ：对 不 密 封 的混 凝 土 ， 内部 自由 水 被 蒸 发 ， ０ 。左 因 失水 而 形 成 的 空 隙 和 缝 隙 全 部 出现 。
个复杂 的传热 传质过 程 ，并 伴随着 复杂 的物 理化 学变化 。 要 了解 构件 内部温度 的变化 ，就 必须知道 混凝土 材料热 工
消。
被 水分 吸收 ，如果水 分 的蒸 发速度 大于蒸汽 的迁 移速度 ， 孔 隙压 力还会 积聚 。如果超 过 了混 凝土 的抗拉强 度 ，就会 引起爆 裂 。而 且混凝 土构件 内部 的温 度 改变 还会 引起材料
的 热 工 性 能 的 改 变 。 因 此 ， 混 凝 土 内部 的 热 传 导 过 程 是 一
收缩。
了大量 的实验研 究，取得 了大量数据资料 。 ２ 混凝 土在高温下的材料性能
２ ２混凝土在高温下的热工性能 ．
热 工 性 能直 接 地 影 响 混 凝 土 结 构 在 高温 下 的 传 热 过 程 和 温 度 场 ，对 于 一 个 确 定 的 温 度 ， 其 性 能指 标 主 要 取 于 骨
发展 。
由于混凝 土是热惰 性材 料 ，传 热性差 ，在较 短时 间里 很难使 整个试 件截 面的温度 处于均 匀稳定 的状态 ；又 由于 截面上和沿 试件 长度 的不均 匀温度 场， 混凝土 内部各 点互相 约束而 不能 自由膨胀 变形 ，试件 的伸长 实际上代 表的是平 均膨胀 变形 。混凝土 的热膨 胀系数 是指温度 升高 一度 时物 体单位 长度 的伸长量 ，单位 为 ＩＣ ，混凝 土 的热 膨胀系 不 Ｉ 。 仅与 混凝土本 身的 骨料类型 等有关 ，而且还 与试 验的试件
要变化 ：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
料种类 、用量和混凝土 的含水状态 。
混 凝 土 的 热 工 性 能 包 括 质 量 密 度 、 比热 、热 膨 胀 系 数
及热传 导系 数 。当火灾发 生时 ，建筑物着 火 区内的温度 急 剧上升 ，混凝 土构件 与外 界环境存 在温差 ，就不 可避免地 引起热 量 的传递 。但 混凝 土是孔 隙中含有 液态水 和气态 水
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高温下钢筋与混凝土的热∞ 陛能和力学 Ｉ能 生
马延 军
（ 海省 人 防 工 程 设 计研 究 院 ，青 海 西 宁 ８ ０ ０ ） 青 １ ０ １
摘
要 ： 本文主要 阐述混凝 土 及钢 筋在 高温下 的材 料组 分 发生的 变化， 通过 实验数据 说 明 高温对光 圆钢 筋 与混凝土 间 的
２ １混凝土在高 温下的物理和化学变化 ．
混凝 土是 由固 、液 、气 三相构 成的非 匀质组 合材料 ， 各 成分在 不 同温 度下 发生一 系列 的物 理和 化学变 化 ，进 而 影 响到材 料宏观 的物 理和化 学变化 ，进而 影 响到材料宏 观 的热工和 力学性 能 。下 面是 混凝土 在各温度 段所 发生 的主
性 能 也 发 生 很 大 变 化 。 而 混 凝 土 及 钢 筋 在 高 温 下 的 性 能 是 进 行 结 构 分 析 的基 础 。 所 以 国 内外 对 它 们 的 高 温 性 能 进 行
４ ０Ｃ ０ 。： 自由水 、 结 合 水 和 化 学水 己全 部 蒸 发 ， ５。￣６ ０ Ｃ
由于裂 缝 的发展 ，体 积急剧 地膨胀 ，强度进 一步 下降 。骨 料 的差 异 在该 温 度段 可 以明 显体 现 出来 ；对 于硅 质 骨料 （ 如花 岗岩 ），由于石英在 ５ ３ 左右 由 ａ型转 为 Ｂ型 ，体 ７。 ｃ
粘 结 强度 影 响 是 很 严 重 的 。
关 键 词 ： 材 料 性 能 ；热 工 性 能 ； 力 学性 能 ；粘 结 性 能
Ｄ ： １ ．９ ９ Ｊｉ ｎ １ ７１ ５ ６２ １１ ． １ ＯＩ ５ ６ ／ ．ｓ． ６ —６ ９ ．０１ ．９ ０ ０ ｓ ９
ｌ 引言
速 下降 。
积 突然膨胀０８％ ． ５ ，导 致 骨 料 内部 形 成 裂 缝 ， 而 对 于 碳 酸盐 骨 料 （ 石 灰 石 ）则 没 有 明显 的变 化 。 如
６０ ０ ℃以后 ：水 泥胶凝体 和石灰石骨 料 中的碳 酸盐成分
发 生 脱 碳 作 用 ， 二 氧 化 碳 溢 出 ，骨 料 结 构 变 得 疏 松 ，体 积
的 多 孔 材 料 。 因 此 ， 高 温 不 仅 影 响 混 凝 土 的 力 学 性 能 ，还 要 引起 水 分 的 迁 移 ， 由火 提 供 给 混 凝 土 结 构 的热 量 ，部 分
２ 。～８ 。：随着温度 的提高 ，一方 面未水化 的水泥 颗 ０ｃ ＯＣ 粒 加速 了水化 作用 ，促进强 度 的增 长 ；另一方面 ， 自由水 的蒸发在 内部形 成毛细 裂缝 和孔 隙，使强度 降低 。 同样 ， 温 度升 高发生 的体积膨 胀 ，部分地 被失水 导致 的收缩所 抵