钢纤维活性粉末混凝土的高温爆裂试验研究

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发布时间：2021-09-13

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钢纤维活性粉末混凝土的高温爆裂试验研究
刘红彬，李康乐，鞠杨，王会杰。王金波，田开培，危松
(中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京市岩石混凝土破坏力学重点实验室，北京100083)
摘要：制备了纤维率为0、1％和2％三种钢纤维掺量的活性粉末混凝土(RPc)试件，利用自行设计的加温装置测试了高温条件下RPC
试件的爆裂行为。试验结果表明：在试验条件下，当试件中心温度为250℃左右时，活性粉末混凝土会发生爆裂，与素RPC试件以及高强
混凝土相比，掺加钢纤维未能显著提高试件的爆裂温度，但可以降低试件爆裂的破坏程度，钢纤维掺量2％时，这种降低作用更加明显。表
明高温条件下钢纤维较好发挥了增韧作用，有效抑制了裂纹的扩展和试件的开裂。
关键词：活性粉末混凝土；高温；爆裂
中图分类号： TU528．041 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2010)08—0006—03
Explosive spalling of steel fiber reinforced reactive powder concrete subject to high temperature
LIUHong-bin，LIKang-le，JUYang，WANGHui-jie，WAN GJin-bo，TIANKai-pei，WEISong
(StateKeyLaboratoryofCoalResources and SafeMining，BeijingKeyLaboratoryofFracture andDamageMechanicsofRocks andConcrete
China University ofMining and Technology，Beijing 100083，China)
Abstract： An experimental study was conducted to investigate the explosive spalling behavior ofReactive Powder Concrete(RPC)at elevated
temperaturebyusing self-designedheatingdevice．ThreetypesofRPC specimenswerepreparedwith steelfiber ratio of0，1％，and2％，respective—
ly．Results ofthis paper showed that explosive spalling ofRPC occurred when the center temperature was about 250℃ ．Compared with plain con—
crete or high—strength concrete，the presence ofsteel fiber had little influence on spalling temperature，but reduced the damage to a certain degree，
especially at the fiber ratio 0f2％．It was demonstrated that steel fiber helps in increasing ductility by limiting crock growth and propagation
Key words： reactive powder concrete(RPC)；high temperature；explosive
0 引言
随着经济发展和城市化进程的加快，现代建筑日益向高层
化、大跨化发展，高强、高性能混凝土由于强度高、承载力大和
良好的耐久性得到了广泛应用，但高强、高性能混凝土存在脆
性高和耐火性能差的缺点，当遭受高温或火灾时，易发生爆裂
性破坏。1996年发生在英～法海峡隧道的10 h火灾导致数千米
长的HPC(抗压强度达到了100 MPa)爆裂，造成了隧道内表面
长约4O ITI，厚度约为450 mm的受损区域[I21。
活性粉末混凝土(Reactive powder concrete，简称RPC)，是
法国BOUYGUES公司于20世纪90年代率先研发的新一代
高性能水泥基复合材料，它具有超高强度、高韧性和良好的耐
久性，作为一种新兴的高性能混凝土，RPC在道路、桥梁和军事
工程等领域得到了迅速发展和应用[3_ 。目前，对这种新型混凝
土材料的研究多集中在常温下力学性能的研究，对其高温下力
学行为、爆裂行为和机理方面的研究很少，为准确设计、安全评
价RPC混凝土结构以及拓展RPC材料的工程应用，开展RPC
材料高温下爆裂行为及其机理方面的研究，具有重要的理论意
义和工程应用价值。
自20世纪80年代，国内外学者陆续开展了高强(高性能)
混凝土高温爆裂性能的研究。1984年K．Hertz最早报道了高强
混凝土在爆裂方面的观察结果。他针对120～170 MPa的混凝土
圆柱开展研究，发现在300～350℃温度范围内加热圆柱时，大
部分圆柱试件都爆裂嘲。Chaboche等研究结果表明：高性能混凝
土大范围爆裂发生时试件所处的环境温度一般为300～800℃，
并与试验所采用的不同升温速度有关，由预埋在混凝土内的热
电偶所测得的结果来看，一般爆裂发生处的温度都是介于190～
250℃之间。因爆裂前没有能为人所察觉的先兆，所以高温爆裂
难以预见唧。Long T．Phan研究了不同加热速率下高强混凝土的
爆裂性。加热速率在5"C／min时高强混凝土突然发生爆裂，剥
离和碎片大小有2-3 cm，而加热速率在25℃／min时高强混凝
土没发生爆裂[1埘。Cheon．Goo Han等的研究发现，随着纤维的长
度、表观比、熔点等不同，高强混凝土的爆裂现象也不一样【l】】。
A．N．Noumowe在研究高强混凝土的高温渗透性时发现，轻质
混凝土290℃和430℃时发生了爆裂，而约束高强混凝土和掺
加聚丙烯纤维的混凝土没有发生爆裂[】21。柳献等研究了与高性
能混凝土具有类似的微观结构的自密实混凝土和高强混凝土
的高温性能，发现升温至500℃时，未添加聚丙烯纤维的自密
实混凝土发生粉碎性爆裂，而添加了聚丙烯纤维的高强混凝土
和自密实混凝土未发生爆裂}l3】。
迄今为止，对混凝土爆裂机理尚未形成统一，多认为是以
下两种机理在起作用，即蒸汽压机理和热应力机理。蒸汽压机