混凝土耐火性能及损伤检测研究.pdf

第 2 期( 总第 1 3 2 期 ) N o 2 ( S U M N o 1 3 2 ) 机 械管 理开 发 ME CHANI CAL MANAGEMEN T AND DE VEL 0P MEN T 2 0 1 3 年4月 A D r 2 0 1 3 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0 3 0 0 0 6 ) 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： T M1 6 1 2 3 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 3 7 7 3 x( 2 0 l 3 ) O 2 0 0 3 9 0 2 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 1 0 0 3 0 0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 0 0 0 o C 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 5 0 0。 C时 ， 水泥石 中氢氧化钙分解 ， 进一 步 失水 ； 升温至9 0 0 o C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 3 7 0 c I = 左右时 ， 石英 变为卢 石英 ， 体积 突然 产生 0 8 5 的膨胀 。而对 于石灰石 等碳酸盐 岩 石 ， 在升温至 7 0 0。 C左右时 ， C a C O 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 8 7 0 o C 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 2 7 MP a ) 。 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4 0 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A b r a ms 发现 , f c = 2 3 4 5 MP a 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 3 0 4 4 2 7 o C时 ， 混凝土弹性模量分别是升温前 初 始弹性模量 的7 0 8 0 和 4 0 5 0 ， 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3 0 0 、 4 0 0 o C 左右时， 混凝土弹性模 量分别约为初始值的7 5 、 4 5 。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 0 3 m和 0 0 7 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 火 时 间 小 于 3 0 mi n时 ， 截面尺寸的变化不影响温度分布 ； 当受火 时间大于 3 0 mi n 时 ， 应考虑构件截面尺寸对温度分布 的影响 ， 混凝土构件短边尺寸大于0 4 m后 ， 构件内部 升温情况变化基本不变 。 兰 姗 一 1 0 0 k 丽 6 j 而 碚 6 碾而 混 凝 土 构 件 边 长 t mi n 混 凝土 构 件 边 长 m t mi n ( a ) 距受火表面0 0 3 m点 ( b ) 距受火表面0 0 7 m点 图2 混凝土试件截面尺寸对温度场的影响 收稿 日期 ：2 0 1 2 一 l 1 2 6 作者简介： 胡森林( 1 9 6 8 一) 男， 山西祁县人， 高级工程师， 本科， 主要从事公路勘察设计工作。 3 9 叠 凸 L0 拥 - 蕊 _ _ _ _ _ 。 。 一 彘 m 暑鹱醯一 瞄 第2 期 ( 总第 1 3 2 期 ) 机 械 管 理 开 发 2 0 1 3 年 4月 1 6 混凝土高温条件下应力一 应变的三阶段 混凝土棱柱体试件压力试验表明， 高温条件下， 从 开始加载刮试件的破坏大致经历 了三个阶段 ： 1 ) 当试件应力低于混凝土棱柱体强度的5 0 时， 变形一 应力变化保持线性关系。 2 ) 随着应 力的不断增加 ， 塑性变形发展加剧 ， 应 力一 应变f H 1 线的斜率降低 。此阶段试件高温的表面和 内部遍布裂缝， 高温条件下曲线的峰值应力降低， 峰值 应变提 高。 3 ) 应 力达到峰值后 ， 随着变形的不断增大 ， 试件 承载力缓慢下降 ， 试件的表面和内部裂缝继续扩大， 不 再伴随突发性破碎 ， 下降段相对较平稳 ， 变形值较大。 对 比发现高温下混凝 土的应力一 应变曲线与常温下的 应力一 应变曲线形式相近 。 2混凝土升温后损伤检测方法 I l 中 性化 深 度 榆测、 热 分 析 法、X R a y 衍 射 分 析 法、 扫 描 电I I 1 镜分析法 、 压汞孔隙仪试验法 l I新近检 l 颜色分析、 磁法、 刚度损伤检测、 损伤深度检测、 热发光 l l测方法 l 法、 红外热像法、 电 化学检测法、 吸附和渗透性 试验 法 l 高温条件下收获温度不同及升温持时不同会使混 凝土具有不同的物理化学变化 ， 通过现场情况及 室内 试验可推测出混凝 土构件 的损伤情况 1 ， 并对不 同结 构构件的处理提供有效 的设计依据。混凝土升温的检 测方法 ， 如表 1 所示。 3结束语 混凝土耐火性能的研究将有助于提高混凝土结构 的耐久性 ， 对 降低火灾造成的建筑物和人身财产安全 起着至关重要的作用 ， 混凝土耐高温 的多种检测方法 有助于更准确的了解混凝土的高温性能 ， 多种检测方 法的综合运用将能达到更好的效果。 参 考文献 1 中国消 防学 会 G B 5 9 0 7 8 6 消防基本术语【 S 】 北京 ： 中国 标准出版社， 1 9 8 6 2 冯乃谦 ， 刑锋 混凝土 与混凝土结构 的耐久性【 M 北京 ： 机 械工业出版社， 2 0 0 9 ：3 9 2 3 9 6 3 】3 ( 美) 库马 梅塔 混凝土微观结构性能和材料【 M】 北京 ： 中 国电力出版社， 2 0 0 6 ： 9 3 9 5 4 】 A b r a ms ，M S T e m p e r a t u r e a n d C o n c r e t e M A C I S P 一 2 5 ， 1 9 73 ：3 3 50 5 钱在兹 ， 陈荣荣 ， 张自坚 混凝土与钢筋经火烧后的物理力 学特性【 c ， 混凝土结构基本理论及应用第二届学术会论 文集汇编， 北京： 中国建筑学术委员会， 1 9 9 0 ： 1 3 1 - 1 3 7 6 苏娟， 火灾作用下钢筋混凝土结构非线性分析 D 】 哈尔滨 ： 哈尔滨工程大学， 2 0 0 8 ： 4 3 4 4 【 7 杜红秀 混凝土结构火灾损伤检测技术研究进展【 C ， 第 1 5 届全国结构工程学术会议。北京： 中国结构工程学术委员 会 ， 2 0 0 6 ： 2 6 8 2 7 2 S t udy o n Fi r e -r e s i s t a n c e Be ha v i or o f Co nc r e t e a nd Te s t Te c hn i que o f Fi r e Da ma g e o f Co n c r e t e S t u r c t u r e s HU Se n -l i n ( C h e n g S h a n x i H i g h w a y S u r v e y a n d D e s i g n C o ， h d ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： S t u d y o n c o mp o n e n t o f t h e c o n c r e t e ， Ha v e d i s c u s s e d p h y s i c a l c h e mi s t r y c h a n g e a n d me c h a n i c s f u n c t i o n e f f e c t o n c o n c r e t e wh e n c o n c r e t e t e s t s p e c i me n i n h i g h t e mp e r a t u r e e n v i r o n me n t ， t h e n t e s t t e c h n i q u e o f fi r e d a ma g e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s a r e s u mma r i z e d Ke y wo r d s ： c o n c r e t e s t r u c t u r e ； fi r e r e s i s t a n c e b e h a v i o r ； t e s t t e c h n i q u e ； d u r a b i l i t y t 芒 E 芒 蔓曼 E 芒 ( 上接 第 3 8页) 张威， 崔敏丽 哭于热处理行业清洁生产标准的几点思考【 J J _ 机电产品开发与创新， 2 0 1 1 ， 2 4 ( 2 ) ： 5 9 6 1 王瑾 面向环境的产品设计制造及应用研究 J 1 机械管理开 发 2 0 1 1 2 6 ( 1 ) ： 5 9 6 0 5 龙j 什 ， 解念锁 我罔钢铁 L 业可持续发展与环境保护l J 】 中 部科技， 2 0 1 l ， 1 0 ( 3 ) ： 5 1 - 5 2 I 6 1 l 赵 步 青 热 处理 环境 污染 及其 治N I J 金 属加 工， 2 0 0 9 ( 1 9 ) ： l 5一l 7 【 7 】 廖波， 肖福仁 热处理节能与环保技术进展I J 1 金属热处理， 2 0 0 9 ， 3 4 ( 1 ) ： 1 - 6 8 】 解念锁 结合材料工程专业特点培养学生环境意识 J 1 | 机械 管理开发， 2 0 0 7 。 2 2 f 1 1 ： 1 4 4 1 4 6 9 魏仕勇， 刘克明， 胡强 低碳经济与热处理节能环保新技术浅 谈 J 热处理技术与装备， 2 0 1 1 , 3 2 ( 6 ) ：4 6 5 0 St udy o n Ene r g y s a V i ng a nd Env i r o nme nt a l Pr o t e c t i o n Te c hn o l o g y o f He a t Tr e a t me n t Pr o duc t i o n W ANG J i n ( S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S h a a n x i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Ha n z h o n g 7 2 3 0 0 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： En e xg Y c o n s u mp t i o n a n d p o l l u t i o n w e r e mo r e s e r i o u s i n t h e p r o d u c t i o n o f h e a t t r e a t me n t I n o r d e r t o a c h i e v e e n e r g y s a v i n g a n d e n v i r o n me n f r i e n d l y p r o d u c t i o n ， e f f i c i e n t c l e a n g r e e n h e a t t r e a t me n t o f a d v a n c e d t e c h n o l o g y h a s b e e n c o n c e r n e d i n c r e a s i n g l y E n e r g y c o n s u mp t i o n t o l d p o l l u t i o n p r ( b l e m i n p l o d u c t i o n o f h e a t t r e a t me n t we r e a n a l y z e d ； i mp o r t a n t w a y s o f e n e r gy - s a v i n g a n d e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n f o r u s i n g a d v a n c e ( I h e a l h e a h n e n l t e c h n o l o g i e s w e r e d e s c r i b e d Ke y wor ds： he a l t r e a t n l e n t ： e ne r g y s a v i n g： e n v i r o nme nt a l p r o t e c t i o n 4 0