威维纤维混凝土的高温后力学性能研究.pdf
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1、2 0 1 5 年 第 7期 (总 第 3 0 9期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 9) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 7 0 1 0 威维 纤维混凝土的高温后 力学性 能研 究 洪亚强。 杨鼎宜,朱静 ( 扬州大学 建筑科学与工程学院,江苏 扬州 2 2 5 0 0 9 ) 摘要: 火灾的发生不仅会破坏建筑物 , 而且会对人们 的生命财产安全产生危害。
2、 传统混凝土材料的抗拉强度低 , 易发生脆性变 形等缺点在火灾中就可能成为致命的安全隐患。 威维纤维作为一种特殊玻璃纤维, 其加入对传统混凝土的抗拉强度及脆性均有 良性改变。 了解有关玻璃纤维混凝土的研究现状 , 并通过试验了解威维纤维在高温作用后对混凝土究竟有多少增强作用, 对威 维纤维混凝土高温后增强效果提供数据及理论依据。 关键词 : 玻璃纤维; 聚丙烯纤维; 混凝土; 力学性能 中图分类号 : T U 5 2 8 5 7 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 4 0 0 4 S t u d y We i we i
3、f i b e r c o n c r e t e a f t e r h i g h t e mp e r a t u r e me c h a n i c a l p r op e r t i e s HONG Ya q i a n g,Y ANG Di n g y i,ZHUJ i n g ( C o l l e g e o f C i v i l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , Y a n g z h o u U n i v e r s i t y , Y a n g z h o u 2 2 5 0 0 9 , C h i n a
4、 ) A b s t r a c t : F i r e wi l l n o t o n l y d e s t r o y t h e b u i l d i n g , b u t a l s o d o e s h a r m t o p e o p l e s l i f e a n d p r o pe r t y s a f e t y T r a d i t i o n al l o w t e n s i l e s tr e n g t h o f c o n c r e te ma t e r i a 1 P r o n e t o b r i t t l e d e f
5、 o r ma t i o n a n d o t h e r s ho r t c o mi n g s i n t h e fir e c o u l d be the p o t e n t i a l de a d l i n e s s W e i we i f i b e r a s a s p e c i al g l a s s fib e r , a d d e d t o the t r a d i ti o n al c o n c r e t e t e n s i l e s tre n g th a n d b ri t t l e n e s s a l e p
6、os i t i v e c hang e De s c rib e s the pr e s e n t s i t u mi o n o f g l a s s f jbe r r e i n f o r c e d c o n c r e t e an d t h r o ug h e x p e r i me n t s to u nd e r s t a n d We i we i f ibe r a f t e r h i g h t e mpe r a t u r e a c ti on o n c o n c r e t e h o w mu c h e n ha n c e
7、me n t e f f e c t Wi th We i we i f i b e r c o n c r e t e a f t e r h i g h t e mp e r a t u r e e n h a n c e me n t e f f e c t to p r o vi d e da t a a n d t h e o r e t i c a l b a s i s K e y wo r d s: g l a s s fi b e r ; po l y p r o p y l e n e fi b e r ; c o n c r e t e ; me c h a n i c
8、al p r o p e r t i e s 0 引言 建筑物火灾近年来时有发生 , 混凝土材料虽然较其他 建筑材料来说具有较高的耐火性 能, 但有时火灾能产生上 千摄氏度的高温, 高温使得混凝土强度大幅下降, 产生爆 裂现象, 大幅降低了建筑物的安全性能, 甚至造成建筑物 的坠落倒塌 , 对人民的生命财产安全造成严重威胁 。 同时 , 重大火灾事故现场现采用 的均 为喷水灭火 , 在 高温作用后对混凝土结构采用喷水冷却的方式进行强制 冷却 , 必然会对结构产生影响。 通过对喷水冷却与 自然冷 却后的混凝土进行对 比性试验 , 进行数据处理及探讨 , 对 火灾事故处理具有实际意义。 在火灾 中
9、传统混凝土材料 的抗拉强度低 , 易发生脆性 变形都是致命的安全 隐患 。 掺 入玻璃 纤维后 , 从两个方 面 改善 了这些缺点 : 第一, 均匀分布的短纤维会大幅降低混凝土的内部缺 陷, 完善混凝土的内部结构, 使得混凝土材料的连续性增 强, 提高其抗拉强度, 改善其抵御脆性变形的能力, 增加混 凝土材料 的耐高温性 能。 第二 , 由于玻璃纤维的存在 , 使得混凝 土在火灾高温 受力后虽然产生裂缝 , 却能在玻璃纤维的牵连作用下裂而 不断, 承受更多荷载 。 因而玻璃纤维 的加入对传统混 凝土 在高温后的力学性能有 良性改变 。 本研究 的方法是通过对经过不 同温度层高温加 热后 的 C
10、 4 0素混凝土与威 维纤维混凝土在浇水冷却及 自然冷 却后 的各项力学性能进行对 比性分析 , 从而了解威维纤维 在高温作用后相对混凝土究竟有多少增强作用 。 为威维纤 维混凝土的高温性能研究提供一定的理论依据 。 1 玻璃纤维的特性 玻璃纤维的物理特性有以下几点表现: ( 1 ) 玻璃纤维具有极高的抗拉强度 ( 与制作工艺及纤 维 的长径 比有关系) ; ( 2 ) 玻璃纤维的耐热性能 良好 , 热膨胀系数很低 ; ( 3 ) 玻璃纤维 的耐水性能好 , 不具有吸水性 , 不与水发 生反应, 在水中浸泡也不会产生胀大, 伸直, 分解等现象; ( 4 ) 玻璃纤维还具有 电绝缘性 , 隔热隔
11、音等特性 。 2 玻璃纤维对混凝土的增强作 用 2 1 玻璃 纤维对混凝土耐火性能的影响 现代建筑大多数 为钢筋混凝 土材料 , 在 火灾发生 后, 收稿日期: 2 0 1 4 1 1 1 8 基金项 目: “ 十二五” 国家科技支撑计划( 2 0 1 2 B A J 2 0 B 0 1 ) ; 水利部公益性行业科研专项( 2 0 1 2 0 1 0 0 5 ) ; 江苏省高校优秀中青年教师和校长境外研修 计划资助 4 0 高温使得钢筋混凝土材料表面发生裂缝 , 这些裂缝会 随着 温度的上升不断扩大至材料内部, 使得内部钢筋受热软化 而大幅降低整个钢筋混凝土材料 的强度 。 玻璃纤维在混凝土
12、中随机均匀分散 , 完善了混凝 土的 内部结构 , 减少混凝土内部的微裂缝 , 同时 , 由于玻璃纤维 具有良好的耐热性能, 热膨胀系数很低, 使得玻璃纤维的 掺人也减少 了高温下混凝土表面的裂缝产生 , 延缓 了 昆 凝 土的热传导 , 有效 的保护了混凝土内部的钢筋u J 。 另一方面 , 由于玻璃纤 维具有极高 的抗拉强度 , 属 于 高弹模纤维 的一种 , 使得混凝 土在 掺入玻璃纤维后 , 抗压 强度及抗折 、 剪切强度均得 到 良好 的改善 , 由于玻璃纤 维 的耐高温性能 , 使得这种改善在高温后 的混凝土 中尤为显 著 。 且有试验研究 表 明, 在混凝 土中掺人纤维 可提高
13、高性能混凝土的残余强度和断裂能。 2 2 玻璃纤维对混凝土爆裂性能的影响 由于玻璃纤维的熔点高 , 所 以在高温作用后 , 玻璃纤 维混凝土并不会产 生毛细通道 , 疏解 了孑 L 压力 , 尽 管蒸汽 压原理对玻璃纤维混凝土并不适用 , 但是玻璃纤维从另外 两个方面改善了混凝土的爆裂现象 : ( 1 ) 玻璃纤维的耐热性使得热传导延缓, 降低了混凝 土对火灾高温的敏感性 , 使得混凝土结构在火灾中不会 由 于短时间受到高温加热而产生爆裂现象 。 ( 2 ) 虽然在高温作用下玻璃纤维与混凝土的黏结力会 有所下 降, 但 这种黏结力仍然能对混凝土 内部裂缝 的产生 及扩展起到一定 的约束作用 ,
14、 这能使得混凝土在高温后外 观较为完好 , 且具有一定强度。 2 3 普通玻璃纤维的缺点及威维纤维的改善作用 普通玻璃纤维虽然有抗 压强度高 、 耐 高温等特点 , 但 是普通玻璃纤维也有其弊端所在 , 尤其 在掺入混凝 土中 , 由于普通玻璃纤维大都不是耐碱性 的, 对抗碱性腐蚀的能 力很弱 , 而混凝土大多为碱性环境 , 这就会 使得玻璃纤维 的长期性能减弱甚至反而会对混凝土造成破坏作用 。 而 威维纤维虽然也属于玻璃纤维的一种, 但是其经过特殊处理 后 , 大幅增强了玻璃纤维的耐碱性能 , 即保证 了纤维长期工 作 的要求 , 又保持了普通玻璃纤维对混凝土的增强作用。 2 4 采用威维纤
15、维进行高温后对比试验的意义 虽然经过研究 表明玻 璃纤维对混凝土 的耐高温性 能 具有 良好 的提高作用 , 但 由于玻璃 纤维的耐碱性能 差 , 所 以对玻璃纤维混凝土的耐高温性能研究并不多。 威维纤维 作为一种特殊 的耐碱性玻璃 纤维 , 将 其掺人混凝 土中 , 进 行耐高温性能研究 , 对其工程实际应用及火灾处理提供数 据及理论依据 。 3试验 方法与结果 3 1 试验原料与混凝土配合 比 3 1 1 试验原材料 水泥 : P O 5 2 5级水泥; 石子 : 连续级配 5 1 0 l n m 的碎石 ; 砂 : 中砂 , 细度模数为 2 7 ; 水 : 饮用水 ; 减水剂 : 江苏省
16、苏博特 P C A( I ) 聚羧酸类高性 能减水 剂 , 减水率达 2 0 以上 ; 威维纤维 : 一种特殊处理的玻璃纤 维 , 具有高耐碱性 , 长 4 9 n l lT l , 呈波浪状 , 直径约 1 mm左右 , 如 图 1 。 图 1威 维纤维 3 1 2 混凝土配制 本试验分为抗 压 、 抗 折 、 劈拉 三个 强度试 验 , 其 中抗 压、 劈拉采用 1 0 0 m m1 0 0 m m 1 0 0 i lI n的立方体试件, 抗折采用 7 0 mm X 7 0 mm 2 1 0 m m 的棱柱体试件 , 试 验 采用的混凝土水灰 比 0 4 2 。 具 体配合 比如表 1 ,
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