表面设置防火涂料高强混凝土的高温爆裂.pdf

第 1 4卷第 3期 2 0 1 1年 6月 建筑材料学报 J OURNAI OF BUI I DI NG MATERI ALS Vo 1 1 4。 NO 3 J u n ， 2 0 1 i 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 4 0 6 0 7 表面设置 防火涂料高强混凝土的 吴 波 ， 周 鹏 吉 日 同仙 口口L 爆裂 ( 1 华 南理 工大 学 亚热带 建筑科 学 国家重 点实验 室 ， 广 东 广 州 5 1 0 6 4 0 ； 2 江西省电力设计院， 江西 南 昌 3 3 0 0 9 6 ) 摘要：通过 4组 2 8 d抗压强度为 8 2 6 MP a且外包不同厚度非膨胀型隧道防火涂料 的高强混凝土 试 块的 高温试 验 ， 研 究 了其爆 裂状 况 随 防 火涂 料 厚 度 的 变化 情 况 结果 表 明 ： 当 防 火涂 料 厚 度 为 2 0 mm时 ， 高强混 凝 土试 块 均未发 生 高温爆 裂 ， 试块 表 面所经历 的 最 高温度 仅 3 6 9 4 0 5 ； 当防 火 涂料 厚度 为 1 0 mm 时 ， 高强混凝 土试块 均发 生 了较 剧 烈的 高温爆 裂 与 其他 方法相 比 ， 采 用非 膨胀 型 隧道 防 火涂料 不仅 可有效抑 制 高强混 凝土 的 高温爆裂 ， 同时施 工 方便 、 适 应性 好 关 键词 ：高强混 凝 土 ；高温 ；爆 裂 ； 抑 制措施 中图分 类号 ： T U5 2 8 3 l 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 l 1 0 3 0 2 3 Ex p l o s i v e S p a l l i n g o f Hi g h S t r e ng t h Co nc r e t e Co a t e d wi t h Fi r e Re t a r d a t i o n Co a t i n g a t Hi g h Te mpe r a t u r e s W U Bo ，ZH OU Pe ng ( 1 St a t e Ke y La b or a t or y of Subt r o pi c a l Bu i l d i ng Sc i e nc e ，S ou t h Ch i n a Uni v e r s i t y o f Te c h no l og y，Gu a n gz hou 51 0 6 40，Ch i n a 2 J i a n g x i El e c t r i c P o we r De s i g n I n s t i t u t i o n，Na n c h a n g 3 3 0 0 9 6 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：W i t h t h e e x t e n s i v e u s e o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ( HS C)a n d f r e q u e n t o c c u r r e n c e o f f i r e i n r e c e n t y e a r s ，i t i s ne c e s s a r y t o f i nd a f e a s i bl e m e a s u r e t o i nh i bi t e x pl o s i v e s pa l l i ng o f HSC a t h i gh t e m p e r a t u r e Fou r g r o up s o f HSC s p e c i me ns wi t h 2 8 d c u bi c c o mpr e s s i v e s t r e ng t h o f 8 2 6 M Pa a n d c oa t e d wi t h n on i n t u m e s c e n t t u nn e l f i r e r e t a r d a t i o n c o a t i n g we r e t e s t e d a t e l e v a t e d t e m pe r a t u r e s，a nd t he i n f l ue nc e of t h i c k ne s s of t he c o a t i ng o n t h e e x pl o s i v e s pa l l i n g o f HSC wa s i nv e s t i g a t e dTe s t r e s ul t s s ho w t h a t ： ( a) t he s p e c i me ns c o a t e d wi t h f i r e r e t a r da t i o n c oa t i n g wi t h a t h i c k ne s s of 2 0 mm do no t s pa l l a t hi g h t e m p e r a t u r e s，an d t h e ma x i mu m s u r f a c e t e mp e r a t u r e s o f t h e s e s p e c i me n s a r e o n l y 3 6 94 0 5 ；a n d( b ) t h e s p e c i me n s c o a t e d wi t h t he c o a t i ng wi t h a t h i c k ne s s of 1 0 m m s p a l l t o a g r e a t e x t e n t I n c o m p a r i s o n wi t h o t he r m e a s u r e s， no n i n t ume s c e nt t u nne l f i r e r e t a r da t i o n c o a t i n g i s n ot on l y e f f e c t i v e f o r i nhi bi t i on o f e x pl o s i v e s pa l l i n g o f HSC a t e l e va t e d t e m p e r a t ur e s，bu t a l s o c o nv e ni e n t f o r c o ns t r uc t i o n a n d f e a s i b l e f o r v a r i ou s s i t ua t i on s Ke y wo r ds ：h i g h s t r e n gt h c o nc r e t e；hi g h t e mpe r a t u r e ；e x p l o s i v e s p a l l i ng；i n hi b i t i on me a s u r e 高 强混凝 土 广 泛应 用 于超 高 层建 筑 、 大 跨 度 桥 梁 、 隧道及海洋结构等不同领域 由于微观结构的高 密实性 ， 高温下高强混凝 土常常 出现严重爆裂 引 1 9 8 4年 He r t z 通过 一 系列 1 2 O 1 7 0 MP a 混 凝 土 圆柱体的高温试验 ， 较早发现了高强混凝土的高温 爆裂 现 象 火 灾 下 混 凝 土 构 件 的 表 面 温 度 可 达 8 0 0或更高， 此 时发生 的严重爆裂将使构件截 面 削弱， 构件 内部温升幅度增大， 钢筋保护层部分或全 部丧失 ， 钢筋因直接暴露于高温环境而迅速软化， 最 终导致构件承载力急剧降低 为此 ， 寻找可抑制高强 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 3 0 4 ；修订 日期 ： 2 0 1 0 0 6 0 3 基金项 目： 国家杰 出青年科学基金资助项 目( 5 1 0 2 5 8 2 9 ) ； 国家科技 支撑计划项 目( 2 0 0 6 B AJ 0 3 A 0 3 1 2 ) ； 亚热带建筑科学 国家重点实验室重 点研究项 目( 2 0 0 8 Z A1 0 ； 2 0 1 1 Z C1 8 ) 第一 一 作者： 吴波 ( 1 9 6 8 ) ， 男 ， 重庆人 ， 华南理工大学研究员 ， 博士 主要从事结构抗灾研究 E ma i l ： b o wu s c u t e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 吴波 ， 等 ： 表面设置 防火涂料 高强 混凝 土的高温爆裂 4 O 7 混 凝 土高温 爆裂 的有 效方 法是 非 常必要 的 近年来 ， 国内外学者就高强混凝 土高温爆裂 的 抑制 措 施进 行 了一定 研究 ， 主要 分 为两类 ： 一 类 是在 混凝 土 中掺 聚丙 烯纤 维 5 ， 另一类 是 在混 凝 土 表 面 粘 贴 防火板 或 涂 抹 防火 涂料 但 是 ， 聚丙 烯 纤 维 掺入虽可有效抑制高强混凝土的高温爆裂 ， 但高温 后混凝土的剩余强度与抗渗性能不理想_ 】 。 。 ； 防火板 虽然在某些情况下可有效抑制高强混凝土的高温爆 裂 ， 但其所需厚度较大 ( 3 0 ram) 且可能 因不利安 装方式 、 连接件高温熔化或严重变形等影响防爆效 果l_ 8 ； 膨胀型防火涂料的防爆效果不理想_ s ； 厚度 为 2 0 mm 的非 膨 胀 型 防火 涂 料 对 抑 制 高 强 混 凝 土 的高 温爆 裂也 基本无 效 笔者通过前期 比选和初步分析发现 ， 非膨胀型隧 道防火涂料有可能较好地改善高强混凝土 的高温爆 裂状况 为此 ， 本文针对 4组外包不同厚度非膨胀型 隧道 防火涂 料 的 C 8 0高强 混凝 土试 块进 行 了高 温试 验 ， 考察 了试 块 爆 裂 状 况 随 防 火 涂 料 厚 度 的 变 化 情况 1 试验准 备 1 1 试 块 制作 表 1 所示 为 C 8 0高 强 混凝 土 的配 合 比 ， 其 中水 泥采用普通波特兰 4 2 5水泥； 细骨料采用细度模数 为 2 7的天 然 河 砂 ； 粗 骨料 采 用 粒 径 为 5 2 0 mm 表 1 混凝土配合比 T a b l e 1 C o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n k g m。 ce me n t w a f e r c0 a r s e Fi n e s m sl c gg 。 g t gg g t 。P。wd。 p。w d。 a c i d 的硅 质 骨料 ； 外加 剂采 用聚 羧酸 高效减 水 剂 由于马 弗 炉 炉 膛 尺 寸 的 限 制 ， 试 块 采 用 直 径 1 0 0 mY n 、 高 度 5 0 ml E l 的 小 圆柱 体 具 体 制 作 时 ， 先 浇筑 7个直径 1 0 0 mm、 高度 3 0 0 mm 的大圆柱体 ， 以及 6 个边长 1 5 0 mm 的立方体 ， 成型 2 4 h后拆模 并置于 2 3的水中养护 2 8 d 养护后 ， 用切割机将 大圆柱体切割成一系列小圆柱体 ， 并从 中选取 1 2 个 密实度相对较好的小圆柱体作为试验试块 立方体试 块 的 7 ， 2 8 d实 测抗 压强 度 分别 为 6 1 7 M P a 和 8 2 6 MPa 为量测高温过程 中试块表面温度 ， 在每个试块 侧面 半高 处放 置 1个镍 铬一 镍硅 热 电偶 由于高 温 处 理 时试 块侧 面 和上 、 下表 面都处 于 同一热 环境 中 ， 且 炉膛尺寸较小 ， 炉膛内部温度均匀分布 ， 因此试块侧 面半高处温度即代表 了整个试块表面的温度 具体 处 理步 骤如 下 ： 用 切 割 机 在 试 块侧 面半 高处 开 1个 深度和宽度分别 与热 电偶半径和直径相近 的凹槽 ， 以使热电偶顶端 中点正好与试块侧 面平 齐； 用 5 0 2 胶将热电偶粘贴在 凹槽 内， 使之初步固定 ； 采用细铁 丝对热电偶再次 固定 上述处理可使 热电偶所测温 度较好地体现试块的表面温度 各试块表面涂抹不同厚度 的非膨胀型隧道防火 涂料( 其基本组成 与主要性 能见表 2 ) 首先将试 块 表面 清理 干净 ， 并制 作 宽度 1 0 mr n 、 厚 度分 别 为 1 O ， 1 5 ， 2 0 f i l m的木条 ； 利用 5 0 2胶将相同厚度 的木条粘 贴 在试 块侧 面及 上 、 下表 面 ， 然 后在 木条 厚度 的参 照 下将防火涂料涂抹于试块表面； 最后取出木条 ， 并在 其所 占空间内涂抹防火涂料 防火涂料设置完成 2 8 d后进行高温试验 试块 Ag g 1 o me r a n t C o mp o s i t e ma t e r i a l F o a min g a g e n t Ad mi x t u r e s t r e n g t h MP a r e s i s t a n c e h r e s i s t a n e e h r e s i s t a n c e t i me s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 吴波 ， 等： 表面设置防火涂料高强混凝 土的高温爆 裂 4 Cov e r e d b y i n t u me s c e n t f i r e r e t a r d a t i o n c o a t i n g o f Gu o t a i Li t e c b yOV e r e a 1 n t u me s e e n t t， i r e L I r e t a r d a t i o n c o a t i ng o f Da ipi n g He a t i ng t o 5 00 wi t h i n 3 mi n a c c o r d i n g t O I SO 8 3 4 t e mp e r a t u r e - t i me c u r v e，a n d k e e p i n g 5 0 0 f o r 6 0 m in Th i s PaPer Cov e r e d b y n o n i n t u me s c e n t t u n n e l f i r e r e t a r d a t i o n c o a t ing 1 5 He a rin g t o 8 0 0wi t hi n 6 0 mi n a c c or d i n g t o 、 2 u s e r d e f i n e d t e mpe r a t u r e - t i r a e c u r v e ，a n d 2 0 k e e p i n g 8 0 0 f o r 1 8 0 rai n 1 1 ) 1 - Ex p l o s i v e s p a l l i n g i s i n h i b it e d c o mp l e t e l y；2 - E x p l o s i v e s p a l l i n g i s we l l i n h i b i t e d ；3 - Ex p l o s i v e s p a l l i n g is i n h i b i t e d s l i g h t l y ；4 - I n e f f e c t i v e 2 ) F i r e p r o o f p a n e l wa s p l a c e d a t 3 0 mm f r o m c o n c r e t e s u r f a c e b y f a s t e n e r s ；3 ) F i r e p r o o f p a n e l wa s p l a c e d a t 3 0 h i m f r o m c o n c r e t e s u r f a c e b y f i x i n g me t a l s 4 ) Fi r e p r o o f p a n e l wa s a t t a c h e d t o c o n c r e t e s u r f a c e b y f ix i n g me t a 1 s ( 1 ) 采用厚度为 2 0 mm 的非 膨胀型隧道防火涂 料 ， 可在 4 h内完全抑制高强混凝土的高温爆裂 即 使非膨胀型隧道防火涂料厚度只有 1 5 mm， 也可在 3 h内完全抑制高强混凝土的高温爆裂 非膨胀型隧 道防火涂料厚度为 1 0 mm 时， 其对高强混凝土高温 爆裂的抑制效果不佳 ( 2 ) 随着非膨胀型隧道防火涂料厚度增加 ， 高强 混凝土试块表面温度逐渐降低 ， 其 中防火涂料厚度 为 2 0 mm 试块表面的最高温度仅为 3 6 9 4 0 5。 C， 混凝土损伤程度有 限， 这为火灾后的修复处理提供 了很大 便利 ( 3 ) 不同表面交接处附近的防火涂料开裂严重 ， 实 际工 程 中可在 相应 部位 局部 设置 钢丝 网 参 考文 献 ： 1 KO DUR V K R S p a l l i n g i n h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e e x p o s e d t o f i r e -C o n c e r n s ， c a u s e s ， c r i t i c a l p a r a me t e r s a n d c u r e s C Pr o c e e d i n g s ，AS CE S t r u c t u r e s Co n g r e s s Ph i l a d e l ph i a ，PA ： Ame r i c a n So c i e t y o f Ci v i l En g i n e e r s， 2 0 0 0： 1 9 2 KAL I F A P， C HENE G， GAL L E C Hi g h t e mp e r a t u r e b e h a v i o r o f HPC wi t h p o l y p r o p y l e ne f i b e r s f r o m s p a l l i n g t o m i c r o s t r u c t u r e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 1 ， 3 l ( 1 0 ) ： 1 48 7 1 4 9 9 3 李杰 有饰 面材料 的 高强混凝 土柱耐 火性 能研究 D 广州 ： 华 南理工 大学 ， 2 0 0 7 LI J i e Re s e a r c h o n t h e f i r e r e s i s t a n t c a pa b i l i t y o f h i g h s t r e n g t h c o nc r e t e wi t h d e c o r a t e d ma t e r i a l s a t h i g h t e mpe r a t u r e D Gu a n g z h o u： S o u t h C h i n a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， 2 0 0 7 ( i n Ch i ne s e ) 4 HE RT Z K He a t i n d u c e d e x p l o s i o n o f d e n s e c o n c r e t e s M De n ma r k： Te c h n i c a l U n i v e r s i t y o f De n ma r k， 1 9 8 4： 9 5 钱春香 ， 游有鲲 抑制高强混凝 土受火爆裂 的措施E J 硅 酸盐 学报 ， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 7 ) ： 8 4 6 8 5 2 QI AN C h u n x i a n g ， Y OU Y o u k u n Me a s u r e s f o r i mp r o v i n g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 1 2 建筑材料学报 第 l 4 卷 6 7 8 9 i o 3 s p a l l i n g r e s i s t a n c e o f h i g h s t r e n g t h c on c r e t e e x p o s e t o f i r e E J J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 7 ) ： 8 4 6 8 5 2 ( i n Ch i ne s e ) H AN C G ， HW ANG Y S， YANG S H Pe r f o r m a n c e o f s p a l l i n g r e s i s t a nc e o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e wi t h p o l y p r o p y l e n e f i b e r c o n t e n t s a n d l a t e r a l c o n f i n e me n t J C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 05 ， 3 5( 9 )： 1 7 4 7 1 7 5 3 鞠丽艳 ， 张雄 聚丙烯纤维对高温下混凝 土性能 的影 响 J 同 济大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 9 ) ： 1 0 6 4 1 0 6 7 J U Li y a h， Z HANG Xion g I n f l u e n c e o f p o l y p r o p y l e n e f i b r e o n p e r f o r ma n c e s o f c o n c r e t e u n d e r h i g h t e mp e r a t u r e J J o u r n a l o f To n Ni Un i v e r s i t y ： Na t u r a l S c i e n c e ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 9 ) ： 1 0 6 4 1 O 6 7 ( i n Ch i n e s e ) HAN C G ， H AN M C ， HE0 Y S I mp r o v e me n t o f r e s i d u a l c o m p r e s s i v e s t r e ng t h a n d s pa l l i ng r e s i s t a n c e o f h i g h s t r e ng t h RC c o l u mn s s u b j e c t e d t o f i r e E J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s。 2 0 09 ， 2 3( 1 )： 1 0 7 1 1 6 吴波 ， 李杰 ， 黄玉龙 不 同饰面 材料 高强混凝土柱 的耐火 性能 J 华南理 工大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 3 ) ： 1 2 0 1 3 1 WU Bo LI J i e， WONG Yu k l u ng Fi r e r e s i s t a n t p e r f o r ma n c e o f h i g h s t r e n gt h c o n c r e t e c o l u mn s wi t h d i f f e r e nt d e c o r a t ive ma t e r i a l s J J o u r n a l o f S o u t h C h i n a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g Y： Na t u r a l S c i e n c e， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 3 )： 1 2 0 l 3 1 ( i n Ch i n e s e ) YAN X ， LI H ， W ONG Y LAs s e s s me n t a n d r e p a i r o f f i r e d a ma g e d h ig h s t r e n g t h c o n c r e t e ： S t r e n g t h a n d d u r a b i l i t y J 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 3 i n Ci v i l En g i n e e r i n g， 2 0 0 7，1 9( 6)： 4 6 2 KALI FA P， MENNETEAU F D， QUENARD D S p a l l i n g a n d p o r e p r e s s u r e i n HP C a t h i g h t e mp e r a t u r e s J C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 0， 3 0 ( 1 2 )： 1 9 1 5 1 9 2 7 K0DU R V K R ， M CGRATH R Pe r f o r ma n c e o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e c o l u mn s u n d e r s e v e r e f i r e c o n d i t i o n s r CPr oc e e d i n g s o f t he Th i r d I n t e r na t i o n a l Co n f e r e nc e o n Co n c r e t e u n d e r Se v e r e Co n d i t i o n s Va n c o u v e r ，BC，Ca na d a：Un i v e r s i t y o f B r i t i s h Co l u mb i a， 2 0 0l ： 2 5 4 2 6 8 李敏 高强混凝土受 火损失 及其综 合评 价研究 D 南 京 ： 东 南大学 ， 2 0 0 5 LI M i n g Th e f i r e d a m a g e o f hi g h s t r e n g t h c o n c r e t e a n d i t s c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t io n D Na n j i n g ： S o u t h e a s t Un i v e r s i t y ， 2 0 0 5 ( i n Ch i n e s e ) S U HAENDI S L， H ORI GU CHI TEf f e c t o f s h o r t f i b e r s o n r e s i d u a l pe r me a b i l i t y a n d m e c h a n i c a l pr op e r t i e s o f hy b r i d f i b r e r e i n f o r c e d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e a f t e r h e a t e x p o s i t io n J C e m e n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 6， 3 6( 9 )： 1 6 7 2 1 67 8 吴波 ， 王军丽 碳纤维布加 固钢筋混凝土板的耐火性 能试 验研 究 J 土木工程学报 ， 2 0 0 7 ， 4 o ( 6 ) ： 2 6 3 2 W U Bo。 W ANG J u n l i Ex p e r i me n t a l s t u d y o n r e inf o r c e d c on c r e t e s l a b s s t r e n g t h e n e d wi t h c a r b o n f i b e r s h e e t s a n d s u b j e c t e d t o h ig h t e mp e r a t u r e s J C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ， 2 00 7 ， 4 0( 6) ： 2 6 3 2 ( i n Chi n e s e ) ( 上接第 3 6 5页 ) 1 2 刘秉京 高效减水剂 与水 泥的适 应性 J 混凝 土 ， 2 0 0 2 ( 9 ) 2 O 一 2 5 1 3 LI U B i n g j i n g Th e c o mp a t i b i l i t y o f c e me n t a n d s u p e r p l a s t i c z e r J C o n c r e t e ， 2 0 0 2 ( 9 ) ： 2 0 2 5 ( i n Ch i n e s e ) 范磊 ， 隋 同波 高贝利特水 泥与高效减水剂适应性的研究 E J 建材技术与应用 ， 2 0 0 2 ( 6 ) ： 3 - 6 FAN L e i ， S UI To n g b o St u dy o n c o mp a t i b i l i t y o f h i gh be l i t e c e me n t wi t h s u p e r p l a s t i c i z e r J R e s e a r c h& Ap p l i c a t i o n o f Bu i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 2 ( 6 )： 3 - 6 ( i n Ch i ne s e ) S a 盯 M a 0 6 J 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m