高温后玻化微珠保温混凝土的劈拉强度试验研究.pdf

2 0 1 3 年 第 1 2期 (总 第 2 9 0期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 0l 3 ( To t a l No2 9 0) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE ORETI CAL R ES EARCH 高温后玻化微珠保温混凝土的劈拉强度试验研究 张建锋 ，刘元珍 ，王文婧 ( 太原理工大学 建筑与土木工程学院，山西 太原 0 3 0 0 2 4 ) 摘要 ： 玻化微珠保温混凝土是适应我国建筑节能新形势提出的结构 自保温材料。 通过 5 6 个 1 5 0 mm x l 5 0 m mx l 5 0 n l l n和 5 6 个 1 5 0 m mx 1 5 0 m mx l 5 0 m i l l 普通混凝土和玻化微珠保温混凝土试块的劈拉试验 ， 研究了高温后常温 A然冷却 、 喷水冷却对玻化微 珠保温混凝土劈拉性能的影响， 并提出了不同的冷却方式下玻化微珠保温混凝土劈拉强度的计算公式。 关键词 ： 玻化微珠保温混凝土；高温；冷却方式；劈拉强度 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 1 2 0 0 1 4 0 3 Exper i m en t al s t udy on s pl i t t i ng t ens i l e s t r engt h o f t her m al i n sul a t i on gl az e d hol l ow b e a d c on c r e t e a f t e r h i g h t e m p e r a t u r e Z HANGJ i a n f e n g ， L I UYu a n z h e n， WANGWe n j i n g ( Co l l e g e o f A r c h i t e c t u r e a n dCi v i l En g i n e e r i n g ， T a i y u a nUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ： T he r ma l 1 ns ul a t i o n g l a ze d ho l l o w b e a d c o nc r e t e I S l ns u l a t i o n ma t e r i a l o f b ui l d i ng a da p t i n g t o t h e n e w s i tua t i o n o f t h e b u i l d i n g e ne r g y c o n s e r va t i o n i n Chi n a Th r o u g h s pl i t t i ng t e n s i l e e x pe r i me n t s o n 5 6 p l a i n c o n c r e t e o f 1 5 0 mmxl 5 0 mmxl 5 0 mi n a n d 5 6 t h e r ma l i n s u l a t i o n g l a z e d h o l l o w b e a d c o n c r e t e of 1 5 0 mmx1 5 0 mm xl 5 0 rai n， t h e i n flu e n c e s o fn a tur a l c o o l i n g a nd wa t e r c oo l i ng a fte r h i g h t e rn pe r a mr e o n t h e s pl i t t i ng t e n s i l e o f t h e r ma l i ns ul ai o n g l a z e d h ol l o w be a d c o n c r e t e a r e i n v e s t i g a t e dTwo f o rm u l a s o f c a l c ul a t i ng t h e s p l i t t i n g t e n s i l e o f s t r e ng t h t h e r ma l i n s u l a t i o n g l a z e d h o l l o w b e a d c o nc r e t e a t t h e d i f f e r e n t t y pe of r e f r i g e r a t i o n mo d e we r e p r o p os e d Ke y wo r d s ： t h e r ma l i n s u l a t i o n g l a z e d h o l l o w b e a d c o n c r e t e ； e l e v a t e d t e mp e r a t u r e ； r e f r i g e r a t i o n mo d e ； s p l i t t i n g t e n s i l e s tre n gth n 1 的计算方法 。 U J 西 在实 际应用过程 中 ， 混凝土 的裂 缝开展情况 是 由其 抗拉强度决定 的 。 混凝 土劈拉 强度是最重要 的力学性 能 指标之一 ， 它可 以间接地衡量 混凝 土 的抗 冲切 性能和轴 心抗拉 强度。 玻化微珠保 温混凝土是一种 既有普通混凝 土 的物 理力学性能 ， 又具有保 温隔热性能 的新型建筑材 料 l l _ 。 高 温对 于普通混凝 土结 构及轻质混凝土结构 的影 响 ， 国内外已有相应 的规范p _ 4 指导 实际的工程应用 ， 但 关 于高温对玻化微珠保温混凝土影 响的研究还处于初步阶 段 ， 无法确定普通混凝 土及轻骨料混凝 土相关规程 是否 适用 于玻化微珠保温混凝土 。 从国 内已有 的文献来看 ， 张 泽平 等人做过相 应的试验研究 ， 得 出了玻化微珠保 温混 凝土高温后棱 柱体抗 压强度 、 峰值 应变和弹性模 量与温 度的关 系_ 5 l ， 但研究未 涉及玻化微珠保温混凝 土高温后 的 抗拉强度 、 导热系数等指标 ， 也未考虑高温后冷却方式对 强度指标 的影响 。 本研 究通过玻化微珠保温混 凝土与 同 强度等级 普通 混凝土 的劈裂抗 拉试验 ， 研究 了高温后 自 然冷却 、 喷水 冷却对玻化微珠 保温混凝土劈拉 强度 的影 响 ， 并确 定 了高温后玻 化微珠保温混凝 土劈裂抗拉强 度 1 试块设计和试验 方法 1 1 试 块 设 计 本试验 中制作玻化微珠保温混凝土试块所用 的原材 料如下 ： 水泥采用 P O 4 2 5 级水 泥 ； 砂 的细度模数为 2 4 ， 堆积密度 1 4 6 0 k g m ； 粗骨料 为碎石 ， 最大粒径 2 0 mm， 堆 积密度 1 6 0 0 k g m ， 外加剂采用 自制的专用 I 、 I I 、 I I I 型外加 剂 ； 水采用 自来水 ； 保温轻骨料玻化微珠颗粒的堆积密 度 为 8 0 1 3 0 k g m ， 耐火度 1 2 8 0 1 3 6 0。 为了实现试验的对 比， 普通混凝土在材料 的选用上与玻化微珠保温混凝土是 一 致的 ， 除了玻化微珠以及外加剂 。 当温度超过 7 0 0后 ， 普通混凝土强度损失 和变形过 大 ， 基本丧失承载能力阎 ， 考虑到此 因素 ， 本次试验将试块 经历受火温度设置为 1 0 0 、 3 0 0 、 4 0 0 、 5 0 0 、 6 0 0 、 7 0 0， 并将 试验结果 与常温 2 0作对 比。 混凝土高温试验 和劈拉试 验均在太原理工大学建材试验室进行 ， 试验中采用 了用 于 劈拉 强度试 验 的 l 5 0 m mx 1 5 0 mm 1 5 0 mm立 方体 试件 l 1 2 个 ， 其 中 C 3 5 玻化微珠保温混凝土 5 6 个 ， 同强度等级 普通混凝土对 比试块 5 6 个。 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 6 - 2 3 基金项 目：高等院校博士点基金项 目( 2 0 1 0 1 4 0 2 1 2 0 0 0 7 ) ； 山西省高等学校科技创新项 目( 2 0 1 0 1 0 5 ) l 4 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 3 1 温度 对劈拉强度的影响 从 图 3 可知 ， 随着温度 的升高 ， 玻化微珠保温混凝土 劈拉强度逐渐减小 ， 呈线性变化 。 在 3 0 0时劈拉强度急 剧下降 ， 劈拉强度损失为常温的 2 5 3 ， 5 0 0时强度损失 5 3 2 ， 下降幅度与受热 3 0 0以前的变化速度基本一样 。 7 0 0时下降为常温的 2 2 4 ， 所剩无几。 当温度小于 3 0 0时 ， 混凝土中的吸附水和 自由水逐 渐蒸发 ， 水泥凝胶体和结晶体脱水增加而不断收缩 ， 试件 内部形成空 隙和裂缝 ， 加载后 裂缝处应力集 中， 劈拉强度 有所下降。 当温度超过 4 0 0 时， 水泥水化产物的收缩不断 加大 ， 骨料膨胀扩展 ， 水泥的水化产物开始脱水遭到破坏 ， 玻化微珠保温混凝土强度急剧下降。 当温度达到 6 0 0以 上时 ， 水泥凝胶体 和结 晶体的结晶水脱水严重 ， 由于骨料 中石英 以及未水化的水泥颗粒的热膨胀系数不 同， 膨胀变 形不断加大 ， 骨料内部裂缝逐渐扩展和延伸 ， 这些 因素促 使玻化微珠保温混凝土强度持续下降。 根据图 3中的试验数据 ， 拟合了常温 自然冷却 下玻化 微珠混凝 土劈拉强度与温度 的关系曲线如图 5 ， 拟合表达 如式( 2 ) 所示 ： f s 7 - o删 (2 oo ) (2 ) ( ) l R Z = 0 9 7 8 7 式 中： 高温后玻化微珠保温混凝土劈拉强度值 ， MP a ； 常温 2 0时玻化微珠保温混凝土劈拉强度值 ， M Pa： 温度 ， 。 3 2 玻化微珠保温混凝土与普通混凝土强度特征 对 比 对于普通混凝 土高温后 的劈拉强度计算 ， 国内外 已经 有相关 的学者做 了研究 q ， 研究表明 ， 混凝土抗拉强度在 T = I O 0 3 0 0之问下降约 2 0 ，当T 4 0 0后近似按线性 急剧降低 。 由图 3 、 4可知 ， 在 常温 自然冷却及喷水冷却条件下 ， 随着温度 的升高 ， 玻化微珠保温混凝土劈拉强度值 比普通 混凝土 的强度值略微降低 ， 但在常温时两者几乎相 等。 由 图 3 可以看 出， 3 0 0时玻化微珠保温混凝土相对普 通混 凝土降低 1 8 2 ， 5 0 0 时降低 1 9 3 ， 而在温度为 7 0 0 时 ， 混凝土劈拉强度所剩无几 。 产生这种变化 主要是由于玻化 微珠颗粒是一种高性能无机轻质材料 ， 玻化微珠保温混凝 土中玻化微珠代替 了部分细骨料普通砂 ， 导致玻化微珠保 温混凝土强度比普通混凝土降低。 3 3 不 同冷却 方式下玻化微珠保 温 混凝土 强度 变 化 对 比 对比图3 、 4的中玻化微珠保温混凝土劈拉强度试验 值可知 ， 随着温度 的升高 ， 玻化微珠保温混凝 土喷水冷却 之后的劈拉强度要 比常温 自然冷却略微降低 。 其 中， 在常温 时 ， 喷水冷 却对玻化微珠保温混凝土的劈拉强度无影 响。 3 0 0时喷水冷却条件下玻化微珠保 温混凝土劈拉强度损 失为常温 自然冷却的 1 3 7 ， 各温度段最 大劈拉强度损失 为常温 自 然冷却时的 1 5 9 。 由于玻 教 珠保温混凝土的导热系数一0 4 W ( m K) 左右 ， 喷水冷却瞬间使混凝 土形成很大的温度应力 ， 导致 试块微裂纹的产生数量比常温下 自然冷却 的裂纹更多。 同 时， 加载时裂缝和空隙处应力集 中加剧 ， 伴随着裂缝不断扩 展， 劈拉强度在喷水冷却条件下要比常温 自然冷却时降低。 根据 图 4中的试验数据 ， 拟合 了喷水冷却条件下玻化 微珠混凝土劈拉强度与温度 的关系曲线如图 5 ， 拟合表达如 式( 3 ) 所示 ： i ： 1 0 3 6 0 0 0 1 1 T( 2 0 7 0 0 。C ) f t ( 3 ) 【 R 2 =- 0 9 7 8 8 式 中； 高温后玻化微珠保温? 昆 凝土劈拉强度值 ， MP a ； 常温 2 0时玻化微 珠保温 混凝土劈 拉强度 值 ， MP a ； r 温度 ， 。 1 2 1 0 0 8 0 4 O 2 U l UU 21 1 0 jO0 40 0 5 00 600 ， O0 温 度 图 5 混凝土劈拉强度与温度的关系 4结 论 ( 1 ) 玻化微珠保温混凝土的劈拉破坏断面比普通混凝土 更平整 。 在温度小于 3 0 0时， 破坏面主要发生在砂浆与骨 料的结合面， 而当温度大于 4 0 0 时， 部分骨料也发生破坏。 ( 2 ) 在常温 自然及喷水冷却 下 ， 对 比经历相同高温后 的普通混凝土 ， 玻化微珠保温 昆 凝土的劈拉强度略微降低 ， 但常温下两者几乎相等 。 在 3 0 0 5 0 0时， 劈拉强度最大降 低约 1 9 左右 ， 7 0 0时混凝土劈拉强度所剩无几。 ( 3 ) 随着温度 的升高 ， 在常温 自然及喷水冷却下玻化 微珠保温混凝土的抗拉强度不断下降， 基本呈线性 ， 3 0 0 时劈拉强度分别降为常温 的 7 4 7 、 6 4 4 ， 7 0 0时劈拉 强度分别 降为常温的 2 2 4 、 1 9 2 。 本研究为认识玻化微 珠保温混凝土高温后的力学性能和抗火性能提供了依据。 参考文献： 1 张泽平 ， 董彦莉， 李珠 ， 等 玻化微珠保温混凝土试验研究 J 】 _ 新 型建筑材料 ， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 7 3 7 5 2 张泽平， 樊丽军， 李珠， 等 玻化微珠保温混凝土初两 昆 凝土， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 4 6 4 8 【 3 】A S ME B o i l e r a n d P r e s s u r e V e s s e l s C o d e ， An Am e ri c a n N a t i o n a l S t a n d a r d ( A C I S t a n d a r d 3 5 9 3 7 4 ) S e c t i o n I I I ， D i v i s i o n 2 ， J a n 1 9 7 5 4 G B 5 0 0 1 6 -2 0 0 6 ， 建 筑设 计防火规范 s 】 北京 ： 中国计划出版 社 ， 2 0 0 6 下转第 2 6页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m me c h a n i c a l p r o p e r t i e s J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 5， 5 7 ( 8 ) ： 4 3 3 4 4 3 【 2 9 Z HE NG We n z h o n g ， L UO B a i f u ， WA NG Y i n g C o m p r e s s i v e a n d t e n s i l e p r o p e r t i e s o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e wi t h s t e e l f i br e s a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s J 1 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 1 3 ( 4 1 ) ： 8 4 4 8 5 1 【 3 0 P AR K S H， e t a 1 T e n s i l e b e h a v i o r o f U l t r a H i g h P e r for m a n c e Hy b r i d F i b e r Re i n f o r c e d C o n c r e t e J 1 C e me n t& C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 1 2 ( 3 4 ) ： 1 7 2 1 8 4 3 I J U NG WI R T H J ， MU T T O NI A S t r u c t u r a l b e h a v i o r o f t e n s i o n me m b e r s i n u l t r a h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e J I n t e r n a t i o n a l s y mp o s i u m o n u l t r a h i g h pe rfo r ma n c e c o n c r e t e ， 2 0 0 4： 5 5 3 4 6 5 【 3 2 】 姚志雄 ， 周建， 周瑞忠 i S l*t 粉末混凝土断裂性能的试验研究l J l _ 铁道学报 ， 2 0 0 6 ， 9 ( 6 ) ： 6 5 4 6 5 9 3 3 】 余自若 ， 安明酷 ， 阎贵平 活性粉末混凝土的断裂性能研究 J f_ 低 温建筑技术， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 5 - 7 3 4 兰宏斌 ， 张厚禅 活性粉末钢纤维混凝土断裂，ll生 能试验l J 1 低温 建筑技术 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 4 5 1 4 6 3 5 1 李兰 活性粉末混凝土断裂性能试验研究 D 】 E 京 ： 北京交通大 学， 2 0 0 7 3 6 J 余自若 ， 安明豁， 王志建双轴压下活性粉末混凝土的力学性能l J 1 建筑材料学报 ， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 3 ) ： 3 0 7 3 0 9 【 3 7 余自若 ， 秦鑫， 安明豁活性粉末混凝土的常规三轴压缩性能试 验研究l J l_ 中国铁道科学 ， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 2 ) ： 3 8 4 2 f 3 8 闫光杰 ， 阎贵平 活性粉末混凝土双向拉压强度试验研究l J 】 中 国安全科学学报 ， 2 0 0 7 ， 1 7 ( 3 ) ： 1 6 2 1 6 5 上接第 1 6页 5 1张泽平 ， 杜薇 ， 吴君君 ， 等 基于 高温作用的玻化微珠保温混凝 土单轴受压试验研究l J l _混凝土 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 3 8 4 0 【 6 1 过镇海 ， 时旭东 冈 筋混凝土原理和分析【 M】 _ E 京 ： 清华大学出 版社 ， 2 0 0 3 7 】王孔藩 ， 许清风 ， 刘挺林 ， 等 高温下及高温冷却后混凝土力学 性能的试验研究l J 1 施工技术 ， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 8 ) ： 1 - 3 8 郭进军 ， 宋玉普 ， 张雷顺 ， 等 混凝土高温后进行黏结劈拉 强度 试验研究I J 1 大连理工大学学报 ， 2 0 0 3 ， 4 3 ( 2 ) ： 2 1 3 2 1 7 1 9 l9 李卫 ， 过镇海 高温下混凝土的强度和变形性能试验研究 J I _ 建 上接第 2 0页 1 3 3 g 陶 渗流场与应力场耦合对隧道 围岩和衬 的影响分析 D 1 厂州 ： 华南理工大学 ， 2 0 1 0 3 4 1 庄亍， 阚二林， 邓明镜 隧道衬砌外水压力确定的渗流场一 应力 场耦合模型研究1 I Il 中南公路工程 ， 2 0 0 7 ， 3 2 ( 1 ) ： 5 5 5 9 f 3 5 J 谢红强 隧道工程热液固多场耦合效应研究 1 成都 ： 西南交通 大学 ， 2 0 0 3 【 3 6 1 汪鹏程， 孙玲玲 ， 开前正 冲击荷载作用下软土隧道结构热一 流一 固祸合动力响应分析l J 1 岩土力学 ， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 1 ) ： 1 8 5 1 9 0 f 3 7 11 谭贤君 ， 陈卫忠 ， 伍国军 ， 等 1 氏温冻融条件下岩体温度一 渗流一 应力一 损伤( I H MD ) 合模型研究及其在寒区隧道中的应用 J l _ 岩土力学与工程学报 ， 2 0 1 3 ， 3 2 ( 2 ) ： 2 3 9 2 5 0 13 8 1谭贤君 高海拔寒区隧道冻胀 机理及其保温技术研究f 武汉 ： 中国科学院武汉岩土力学研究所 ， 2 0 1 0 13 9 】CHE N We i z h o n g ， T A N X i a n j u n ， Yu Ho n g d a n， e t a 1 A f u l l y C O 1 一 26 【 3 9 1 龙广成 ， 谢友均 ， 等 集料对活性粉末混凝土力学性能的影O J 1 建筑材料学报 ， 2 0 0 4 ， 7 ( 3 ) ： 2 6 9 2 7 3 4 0 1 R 斯凤 ， 孙伟 ， 等 绿色环保型活性粉末混凝土的制备技术研究l J 1 建筑技术 ， 2 0 0 3 ， 3 4 ( 1 ) ： 3 8 3 9 4 1 U 数华， 阎培渝 ， 冯建文 超高强度混凝土 R P C的尺寸效应 J 1 公 路 ， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 1 2 3 1 2 7 【 4 2 1 陈昌礼 活性粉末混凝土 的原材料 及其掺量选择 l J 1 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 1 1 ) ： 1 2 4 1 2 6 4 3 何峰 ， 黄政宇 活性粉末混凝土原材料及配合比设计参数的选 择【 J J 新型建筑材料 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 7 3 7 7 【 4 4 1 周锡玲 ， 张胜 ， 谢友均 养护制度对 R P C强度与干缩性能的影 响 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 4 2 4 4 【 4 5 1 AN Mi n g z h e ， Z H ANG L i j u n ， YI Q u a n x i n S i z e e f f e c t o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e J 1 o u r n a l o f C h i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g&T e c h n o l o g y ， 2 0 0 8 ， 1 8 ( 2 ) ： 2 7 9 2 8 2 4 6 1 曾建仙 ， 吴炎海 ， 林清 掺钢纤维的活性粉末混凝土的受压力学 Jll生 能研究 J 1 _ 福州大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 增) ： 1 3 2 一 l 3 7 4 7 安明豁， 张立军 R P C材料的抗折强度尺寸效应研究l J 1 中国矿 业大学学报， 2 0 0 7 ， 3 6 ( 1 ) ： 3 8 4 1 作者简介 联 系地 址 联 系 电话 王月( 1 9 8 8 一 ) ， 女 ， 博士研究生。 北京市海淀 区上 园村 3 号 北京交通大学土建学院 2 0 6 室( 1 0 0 0 4 4 ) 1 3 81 0 4 3 7 74 3 筑结构学报 ， 1 9 9 3 ， 1 4 ( 1 ) ： 8 1 6 1 0 F e d e r a t i o n I n t e r n a t i o n a l d e l a P r 6 e o n t r a i n t e F I P C EB R e p o r t 0 T 1 Me t ho d s o f As s e s s me n t o f t h e F i r e Re s i s t a n c e o f Co n c r e t e S t r u c t u r a Me mb e r s FI P， 1 9 7 8 作者简介： 张建锋( 1 9 8 9 一 ) ， 男， 硕士研究生， 从事结构工程研究。 联系地址： 山西省太原币迎泽西大街7 9 号 太原理工大学( 0 3 0 0 2 4 ) 联 系 电话 ： 1 8 2 3 4 1 2 7 9 8 2 pl e d t b e r mo h y d r o me c h a n i c a l mo de l f o r u n s a t u r a t e d p o r o u s me d i a J J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d G e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g， 2 0 0 9 ， 1 ( 1 ) ： 3 1 4 0 f 4 0 王金昌 ， 李云飞 ， 黄志义 ， 等 变温及偏载耦合作用下公路隧道 二次衬砌开裂机理分析 A I 届全国水工岩石力学学术会议 论文集【 c 上海 ： 同济大学出版社 ， 2 0 1 0 ： 2 8 8 2 9 1 【 4 1 1 黄志义 ， 于伟达 ， 王金 公路隧道复合衬砌温度应力数值模I J 1 公 路工程 ， 2 0 1 0 ， 3 5 ( 4 ) ： 5 4 5 7 作 者 简介 联 系地 址 联 系 电话 黄今( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 讲师 ， 博士研究生 ， 主要研究方向 ： 混凝土开裂理论与数值仿真研究。 西安市南二环中段 长安大学本部北院交通科技大厦 5 0 1 室( 7 1 0 0 6 4 ) 1 8 2 2 0 8 57 9 0 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m