高温下超高性能混凝土的抗爆裂性能和抗压强度

采用直观观察、试验测试和微观特征分析的方法,探索通过掺加聚丙烯纤维改善超高性能混凝土(UHPC)高温环境下爆裂行为和维持压缩强度的可行性。研究表明,常规UHPC试件在350℃左右开始发生爆裂并伴随抗压强度的急剧降低。聚丙烯纤维掺量较低(如0.1%)时,即可抑制爆裂现象的发生。室温至400℃加载范围内,试件表面仅出现微裂纹,随着纤维用量的增加,抗压强度随之增加;超过400℃后,抗压强度逐渐下降,但整体下降幅度明显低于普通UHPC材料。室温至800℃的加载范围内,聚丙烯纤维掺量0.2%时,试件表现出最优的抗爆裂性能和抗压强度的维持能力。基于扫描电镜的微观结构观察表明,聚丙烯纤维和钢纤维因热膨胀系数的不同和热不相容性产生的微裂纹增加了材料内部的连通性,有效释放了内部蒸汽压力,从而提升了试件的抗爆裂性能。

碳纤维聚合物筋约束钢纤维混凝土柱双轴弯曲性能研究

为研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固对钢筋混凝土柱力学行为的影响,开展了双轴弯曲载荷下CFRP约束素混凝土柱和钢纤维混凝土细长柱压弯性能试验,探究钢纤维掺量、CFRP层数以及载荷偏心距对柱试件抗弯特性的影响。试验结果表明,与参照组(无CFRP)相比,CFRP的环箍作用显著提高了钢筋混凝土柱强度、延性以及抗变形能力。同时,还提出了一种在轴向载荷和双向弯曲作用下适合CFRP约束钢筋混凝土细长柱的数值计算方法,该方法引入了约束混凝土的双折线本构模型以及钢筋、CFRP的应力应变模型,对CFRP约束钢筋混凝土柱结构性能进行预测,计算结果与实测值均吻合较好。

高温作用后混凝土的动态轴拉力学性能研究

进行了高温作用后混凝土的单调拉伸和往复拉伸试验,分析了其主要力学特征参数(抗拉强度、初始弹性模量、峰值应变、残余应变、割线模量等)的温度效应和应变率效应。采用混凝土损伤模型,引入温度参数,提出了基于应变率效应和温度效应的混凝土加卸载模型,验证了模型的适用性。结果表明:混凝土的抗拉强度及初始弹性模量随着温度的升高而降低,峰值应变随着温度的升高而增大,残余应变累积与温度无关,而随应变率的增大而累积速率加快;混凝土卸载曲线的非线性程度与应变率呈正相关,与温度无明显关系;混凝土再加载曲线的非线性程度与温度呈正相关,与应变率无明显关系;通过对比得出,所提出的模型计算结果与实测结果吻合程度较好。

微波加热与传统加热下混凝土的热力学响应

传统混凝土破碎技术存在粗骨料损伤大、机械磨损严重和能耗高等弊端,这些问题可以通过在破碎前对混凝土进行微波处理来解决。为了评价微波处理技术的工业适用性,通过不同功率微波对混凝土试件进行加热,并与传统加热方式相比较,研究混凝土的加热效率和宏观裂纹扩展规律,而后进行单轴抗压强度试验,得到混凝土在不同热处理条件下的强度弱化规律。结果表明:与传统加热方式相比,微波加热技术能有效促进混凝土内部和表面裂纹扩展,削弱混凝土的强度,并且高功率微波下效率更高,能量消耗更少。此外,微波加热时未完全烘干的混凝土容易出现低温爆裂现象,爆裂时间与功率水平呈负幂函数关系,与烘干时间呈正幂函数关系。

钢纤维陶瓷骨料混凝土高温后静态劈拉性能研究

混凝土建筑经历火灾后会受到极大破坏,为提高火灾后建筑结构的稳定性,提出一种适用于高温环境的新型混凝土——钢纤维陶瓷骨料混凝土。对高温后天然碎石混凝土和钢纤维陶瓷骨料混凝土进行2种不同加载率的静态劈拉力学试验,对比2种混凝土的劈拉强度和破坏形态。结果表明:高温后天然碎石混凝土的劈拉破坏形态为断裂破坏,而钢纤维陶瓷骨料混凝土的劈拉破坏形态为裂而不开;2种混凝土存在明显的力加载率效应,混凝土的劈拉强度随着加载率的增大而提高;经历1000℃高温后,天然碎石混凝土直接破坏,丧失承载力,而钢纤维陶瓷骨料混凝土还保留常温下劈拉强度的28%,具有较好的耐高温性能。

高温下SiO_(2)气凝胶改性地聚合物的物理力学性能研究

以偏高岭土和矿渣为主要原材料制备SiO_(2)气凝胶改性地聚合物,分析了温度对其抗压强度、质量损失率及微观结构的影响规律,建立了不同温度下残余抗压强度的热-力学模型。结果表明:随着温度的升高,试样外观形貌均是先收缩后开裂,其中亲水组试样的失水情况有明显改善。试样质量损失率随温度升高呈上升趋势,大致分为极速失水、缓慢失水、快速失水三个阶段。此外,抗压强度随着温度升高呈下降趋势,在600℃以下,抗压强度先突降,后变缓,在600~800℃之间,抗压强度再次下降,并趋于稳定。其中,不同温度下基准组试样的质量损失率最高,亲水组试样的抗压强度最高。在此基础上,采用统计回归分析方法建立了不同温度下精确的残余抗压强度热-力学模型,拟合优度达0.9以上。由微观分析可知,亲水性气凝胶具有良好的锁水性能,致使温度对亲水组试样微观结构的影响较小。不同温度下试样的失水机制可大致分为三个阶段:低于400℃时试样以失去自由水为主,600℃时试样中的结合水开始脱出,800℃时试样出现瓷化现象。可见,亲水性气凝胶对地聚合物的高温物理力学性能具有明显的改善效果。

高温条件下混凝土爆裂机理研究进展

对高温条件下混凝土爆裂的研究进行了全面综述,总结了混凝土爆裂发生的影响因素、成因机理及实验和理论研究的进展状况.提出了热开裂和孔隙水(汽)压力的耦合作用是产生混凝土爆裂和不确定性的主要原因.温升诱致混凝土爆裂是一个复杂的非线性问题,建立一个兼顾材料科学和力学的理论体系是全面理解混凝土温升爆裂的根本途径.

火灾高温下高性能混凝土的裂纹扩展与爆裂的关系

本文通过试验研究火灾高温作用下高性能混凝土的裂纹扩展与爆裂的关系 ,发现受火后其裂纹扩展阻力曲线已有很大改变 ,趋于变平。快速升温与缓慢升温引起的试件内部裂纹扩展是明显不同的。在高温下 ,湿含量是引起混凝土开裂的主要因素 。

受热温度和时间对混凝土抗压强度的影响

试验研究不同受热温度和受热时间处理后的C40普通混凝土立方体试块抗压强度,详细描述高温后试块的外观特征及抗压破坏特征,探讨试块抗压性能与受热温度和时间的关系。结果表明,随着火灾温度的升高和燃烧时间的增加,高温后自然冷却混凝土立方体抗压强度整体上呈降低趋势。根据试验结果,建立高温后混凝土立方体剩余抗压强度与受火温度和受火时间的计算公式,并给出不同温度和时间对混凝土抗压强度影响的评定。根据温度和时间对混凝土抗压强度的耦合作用,建立火灾大小分类标准。

高性能混凝土高温爆裂的机理探讨

研究不同纤维掺量的高强和自密实混凝土的高温性能。试验过程中通过差热分析研究升温过程中材料的物相组成变化,采用环境扫描电镜和汞压力测孔法对材料进行微观性能研究,并量测高温后材料的气渗性能。探讨升温过程中材料内部的物相变化、材料微观结构变化以及气渗性能的变化规律。基于试验结果,分析导致升温过程中材料微观结构变化的原因,同时对纤维的熔解过程中以及纤维熔解后对材料微观结构的影响也进行了探讨。最后,分析微观结构和材料宏观性能之间的联系,并探讨高温时影响材料气渗性能的相关因素。研究成果加深了对高性能混凝土高温爆裂现象的理解,有助于高性能混凝土的进一步应用。

高温后钢筋混凝土黏结性能试验研究

对在不同受热温度、冷却方式和加载制度下钢筋混凝土黏结性能进行试验研究,分析了不同条件下钢筋混凝土的黏结-滑移曲线和极限黏结应力、极限滑移.钢筋混凝土试件的受热温度分别为250℃,450℃和650℃,冷却方式分为自然冷却和喷水冷却2种,加载方式考虑单向拉拔试验和循环往复加载.结果表明,受热温度、冷却方式和加载制度对高温后钢筋混凝土的黏结性能有很大影响.

地聚物净浆、砂浆和混凝土高温后力学性能比较

以钾水玻璃为激发剂、偏高岭土和粉煤灰为主要硅铝原料制备地聚物,测试了地聚物净浆、砂浆和混凝土的常温和高温后抗折及抗压强度,并与矿渣硅酸盐水泥净浆、砂浆和混凝土的试验结果进行了比较。通过地聚物热重分析以及高温后地聚物试样的收缩变形量测,对试验结果进行了分析及解释。结果表明,配制出的地聚物净浆、砂浆和混凝土的抗压及抗折强度均随温度升高而降低,但无论是常温还是高温后,其强度都基本能达到或超过水泥净浆、砂浆和混凝土的相应强度;高温下地聚物收缩而骨料膨胀,两者变形的不一致将导致地聚物混凝土高温开裂。

耐高地温衬砌混凝土力学性能试验研究

从隔热、增强、耐热角度出发设计研制出一种隧道耐高地温衬砌混凝土。通过不同养护温度混凝土抗压试验,分析混凝土抗压强度与养护温度关系。通过实时高温下混凝土单轴压缩试验获得混凝土不同温度条件下应力-应变全曲线,分析其变形破坏特征、力学性能及温度效应机理。结果表明:对照混凝土在前期采用高温(60℃)养护的条件下,相对常规养护其抗压强度明显降低,而耐高地温混凝土强度降幅较小;实时高温下单轴压缩试验表明,常规养护的混凝土具有明显温度效应,峰值强度和弹性模量随温度升高呈下降趋势,耐高地温混凝土具有减轻温度效应特点,同时还具有良好韧性,呈现出延性破坏特征且残余强度较高,具有较理想吸能能力。

隧道火灾消防射水对混凝土抗压强度的影响

为探讨隧道火灾消防射水对高性能混凝土(HPC)力学性能的影响,对试件外观特征随火场温度变化的规律进行了试验研究,分析了消防射水对HPC残余抗压强度的影响,建立了火灾后HPC残余抗压强度与火场温度之间的关系.研究表明:消防射水对隧道火灾后HPC残余抗压强度的影响很大;在自然冷却条件下,HPC的残余抗压强度总体上呈衰减趋势,300℃时略有升高;在射水冷却条件下,HPC的残余抗压强度始终衰减.在相同温度条件下,射水冷却比自然冷却时HPC的残余抗压强度低,后者最高约为前者的1.3倍.

消防射水对火灾后高性能混凝土剩余抗压强度的影响

对火灾后消防射水对高性能混凝土(HPC)剩余抗压强度的影响进行了研究。分析了在不同温度、不同冷却方式条件下,C40HPC剩余抗压强度的变化规律,并利用ORIGIN 7.5软件,拟合了高温作用后HPC剩余抗压强度与温度之间的关系。研究表明:消防射水对高温作用后的HPC的剩余抗压强度的影响很大,射水冷却后的HPC剩余抗压强度明显低于自然冷却后的剩余抗压强度;随着破坏温度的升高,经消防射水冷却的HPC剩余抗压强度呈衰减状态。最后,建立了自然冷却及消防射水冷却条件下,C40HPC剩余强度与火场温度之间的二元回归曲线公式。

低坍落度聚丙烯纤维混凝土的高温后性能研究

为探索聚丙烯纤维(polypropylene fiber,PPF)长度和掺量对低坍落度混凝土的影响,设计了171组基准混凝土和PPF混凝土标准立方体试块,尺寸为150 mm×150 mm×150 mm,并开展了常温下和高温后低坍落度混凝土的抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验。基于试验结果给出PPF对低坍落度混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响规律,并结合电镜扫描结果分析低坍落度PPF混凝土的微观结构和破坏机理。结果表明:在适宜的长度和掺量范围下,PPF的掺入较明显改善高温前后的力学性能;同时在一定掺量下,发现PPF高温气化有助于混凝土的应力释放,提高了残余抗压强度。

火灾高温下硬化水泥浆的化学分解特征

因高性能混凝土的抗火性与高温下硬化水泥浆（HCP）的化学分解有密切关系，为获得对火灾高温所致HCP化学分解特征的定量理解，对HCP试样进行了400～800℃的高温处理，采用XRD测定C-S—H化学分解动力学．结果表明，C—S—H分解始于560℃，但仅在600℃以上其分解才变得显著，且分解速度随温度升高而急剧增大．尽管C—S—H的分解可造成混凝土强度的显著下降，但这种分解主要发生在600℃以上温度范围内，故对更低温度下发生的高温爆裂基本没有影响．分别建立了在600、700和800℃温度下C—S—H分解反应动力学方程．

基于热力学原理的混凝土热-力耦合本构模型

为了解决高温条件下混凝土材料力学性质描述的问题,基于热力学理论,将损伤理论与经典弹塑性理论结合,建立了一个考虑温度影响的混凝土热-力耦合本构模型,用于描述高温条件下混凝土材料的力学性质.基于热力学原理推导了考虑温度影响的弹性应变增量的表达式,并基于经典塑性理论,构造了一个考虑温度影响的硬化参数,推导出相应的塑性应变增量表达式,将上述2部分应变增量叠加得到混凝土热-力耦合本构模型的表达式.将模型预测结果与试验结果进行对比,符合良好,表明上述热-力耦合本构模型能够对高温条件下混凝土材料的力学性质进行较为准确的描述与预测.

硫酸盐侵蚀混凝土的理论模型与数值仿真

针对一维工况下的硫酸盐侵蚀混凝土过程,基于Fick第二定律,考虑硫酸根离子的自由扩散作用以及铝酸三钙、水化铝酸钙、单硫型硫铝酸钙的消耗对其扩散的影响,建立了硫酸根离子扩散模型.利用Matlab软件编制程序,对硫酸盐侵蚀混凝土过程进行数值仿真,仿真结果和实测结果基本吻合,并揭示了混凝土试件内部硫酸根离子和铝酸三钙含量随侵蚀深度的变化规律.

不同PPF掺量的高性能混凝土高温后性能研究

高性能混凝土具有低渗透性，在火灾高温下不可避免地发生爆炸。试验设计了144个掺有不同聚丙烯纤维（PPF）掺量的高性能混凝土立方体试块，在经历了20～800℃的温度后，研究高性能混凝土在高温后的物理、力学性能变化规律。最后分析了聚丙烯纤维影响混凝土高温后性能的机理。