纖維輕骨料混凝土高溫力學(xué)性能研究

王小莉

摘要： 隨著我國綠色建筑行動方案的實施，綠色建材纖維輕骨料混凝土應(yīng)用日益廣泛；通過研究高溫下各種纖維輕骨料混凝土力學(xué)性能：抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彈性模量、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，掌握其高溫性能特征及確定進(jìn)一步待研究的問題。

Abstract： With the implementation of green building action plan in China， the application of green building materials fiber lightweight aggregate concrete is becoming more and more extensive. By studying the mechanical properties of various fiber lightweight aggregate concrete at high temperature， such as compressive strength， splitting tensile strength， elastic modulus， stress-strain relationship， the characteristics of its high temperature properties and the problems to be further studied are studied.

關(guān)鍵詞： 纖維輕骨料混凝土；高溫；力學(xué)性能

Key words： fiber lightweight aggregate concrete；high temperature；mechanical property

中圖分類號：TU377.9+4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）19-0147-02

0 引言

輕骨料混凝土為綠色節(jié)能環(huán)保材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震耐久性能好等優(yōu)點(diǎn)，但其韌性低，抗變形能力弱，強(qiáng)度越高，脆性缺陷越明顯。國內(nèi)外學(xué)者對其高溫下性能高度重視，研究表明：高溫作用下輕骨料混凝土的力學(xué)性能優(yōu)于普通混凝土，但高溫爆裂較普通混凝土發(fā)生的早且?guī)茁蚀螅浑S著溫度升高其承載力不斷降低[1-2]。為改善缺陷，在輕骨料混凝土中摻入纖維，以減少裂縫產(chǎn)生，延緩裂縫開展。現(xiàn)研究分析高溫下不同纖維輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彈性模量、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系隨溫度的變化規(guī)律，并指出有待研究的問題。

1 抗壓強(qiáng)度

通過不同高溫后PP纖維輕骨料混凝土與一般輕骨料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)（αpp與α）與軸心抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)（βpp與β），對比可知：200℃時，αpp=1.135>α=1.062，pp纖維提高了混凝土抗壓強(qiáng)度，隨著溫度升高，兩種試件的立方體抗壓強(qiáng)度以相似變化趨勢下降。高溫下兩種試件的軸心抗壓強(qiáng)度呈相似直線下降趨勢，200℃時，βpp=0.878>β=0.849，pp纖維對輕骨料混凝土高溫后軸心抗壓強(qiáng)度有所提高，但作用較小[4]。

通過試驗研究四種類型試件：一般輕骨料混凝土、玄武巖纖維輕骨料混凝土、pp纖維輕骨料混凝土、混雜纖維輕骨料混凝土，在不同溫度作用下抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律；100℃內(nèi)，纖維輕骨料混凝土試件抗壓強(qiáng)度有回升；100℃-500℃時，聚丙烯纖維抵抗抗壓強(qiáng)度衰減能力優(yōu)于玄武巖纖維；900℃時混雜纖維的殘余抗壓強(qiáng)度最大[5]。

2 劈裂抗拉強(qiáng)度

隨著改性輕骨料試件受熱溫度升高，其殘余劈裂抗拉強(qiáng)度不斷降低，當(dāng)400℃時，地聚物、成膜聚合物輕骨料試件殘余抗拉強(qiáng)度分別為80%、57%，1200℃時，輕骨料混凝土殘余劈裂強(qiáng)度都相近為20%[6]。

由pp纖維輕骨料混凝土試件、一般輕骨料混凝土試件在不同高溫后劈裂強(qiáng)度折減系數(shù)變化規(guī)律（γpp與γ）：溫度在20℃時γpp/γ=1.19，400℃時，γpp/γ=1.25，pp纖維提高混凝土劈拉強(qiáng)度[4]。

隨著溫度升高纖維輕骨料試件抗拉強(qiáng)度以近似線性規(guī)律衰減，900℃時，摻入玄武巖纖維、聚丙烯纖維，混雜纖維的輕骨料混凝土殘余抗拉強(qiáng)度分別為20%、9%、27%，混雜纖維效果最好。高溫下纖維輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度敏感[5]。

3 彈性模量

采用應(yīng)力-應(yīng)變曲線上σ=0.4fc時所對應(yīng)的割線模量作為近似初始彈性模量（EOT）。輕骨料混凝土的初始彈性模量（EOT）隨溫度T的變化規(guī)律（公式2），其彈性模量衰減程度小于普通混凝土，600℃時，殘余彈性模量為36.8%。由圖1可知：隨溫度升高兩種試件彈性模量都以相似的趨勢降低，但輕骨料混凝土彈性模量較大[2，4]。

200℃內(nèi)，纖維輕骨料混凝土試件，彈性模量衰減無規(guī)律，隨著溫度升高，各種其試件彈性模量以近似線性衰減，700℃時，摻入玄武巖纖維、聚丙烯纖維，混雜纖維的輕骨料混凝土殘余彈性模量分別為34%、22%、31%；且高溫下彈性模量的衰減與其抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律無明顯的對應(yīng)關(guān)系[5]。

4 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

由pp纖維輕骨料混凝土不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，獲得其上升段曲線斜率大于輕骨料混凝土，即pp纖維能改善輕骨料混凝土韌性與延性。采用最小二乘法，進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)擬合，提出pp纖維輕骨料混凝土不同高溫后應(yīng)力-應(yīng)變曲線方程（公式3）[4，7]：

地聚物、成膜聚合物改性輕骨料混凝土試件受熱溫度越高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段直線段斜率減小，曲線段增長，應(yīng)力峰值降低較大，極限應(yīng)變顯著增大；升溫600℃以上時，曲線峰值后地聚物試件具有延性破壞特點(diǎn)，而成膜聚合物具有準(zhǔn)脆性破壞特點(diǎn)[6]。

5 結(jié)論與展望

國內(nèi)外學(xué)者對高溫下纖維輕骨料混凝土的力學(xué)性能研究主要對象是小試件，且未受到荷載作用下的規(guī)律；有關(guān)其它方面待進(jìn)一步研究：①不同長度、粗細(xì)、外形及種類的纖維或混雜纖維摻入輕骨料混凝土中的高溫性能。②中、大尺寸試件在溫度-荷載作用下纖維輕骨料混凝土的力學(xué)性能。

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