混凝土耐火性能及损伤检测研究

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发布时间：2021-09-18

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混凝土耐火性能及损伤检测研究
胡森林
(山西诚达公路勘察设计有限公司，山西太原030006)
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
中图分类号：TM161~．23 文献标识码：A 文章编号：1003—773x(20l3)O2—0039—02
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100～300℃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1 000 oC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
1．1 高温对水泥石的影响
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500。C时，水泥石中氢氧化钙分解，进一步
失水；升温至900 oC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370 cI=左右时，石英变为卢石英，体积
突然产生0．85％的膨胀。而对于石灰石等碳酸盐岩
石，在升温至700。C左右时，CaCO 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870 oC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27 MPa)。
其变量考虑了骨料种类(硅质骨料、碳酸盐骨料、惨砂
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40％时受热测试；图1(c)为
加热并冷却至室温后的受压测试。
温度／'C
(C)
图1 骨料种类和试验条件对耐火性的影响
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Abrams发现,fc=23～45 MPa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。
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
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304～427 oC时，混凝土弹性模量分别是升温前
初始弹性模量的70％～80％和40％～50％，从微观角度
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300、400 oC左右时，混凝土弹性模
量分别约为初始值的75％、45％。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。
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0．03 m和0．07 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