火灾后混凝土材料性能损失统计研究.pdf

2 0 1 5年第 6期 ( 总 2 0 6期 ) 安徽建筑 _ l I 一一I = = = = = 1 _ _ 一 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 _ 1 4 0 1 2 O 1oo =喜 二度硅质 0_80 O6o 040 O20- O o o - _ I l I 0I ) o 2 0 0 O 0 4 O O O 0 6 O O O 0 8 0 o O 0 1 o o 0 O 0 1 2 0 0O 0 图 3 普通 混凝土按不 同骨料分类的抗压强度折减数据汇总及对比拟 合曲线( 文献 1 0 - 2 3 l 】 1 2 O 1 o o_ O 8 0 O6 0 O4 0 - 02 O O0 o - - l 0 1 l 0 2 0 0 O 0 4 O O O 0 6 0 0 O 0 8 0 0 O 0 1 0 0 0 O 0 1 2 0 0 O 0 ： 0 2 0)一 图4 普通混凝土按不同冷却方式的抗压强度折减数据汇总及对比拟 合曲线( 文献 1 o - 2 3 ) 文献【 1 】 采用的是不同强度等级的混凝土试件进行的实 验， 由图中曲线可知高强度混凝土的弹性模量折减明显小于普 通混凝土材料。 可见材料的强度等级对混凝土的弹性模量影响 较大。 文献 8 】 采用的是两种不同的冷却方式， 但是曲线基本重 叠， 可以看出不同的冷却方式对高温后混凝土的弹性模量折减 影响并不大。 综合全部曲线可以得知混凝土在受热达到 7 0 0 时 ， 其 弹性模量基本降低至常温下的 5 左右， 已经丧失承载力。 文献 9 】 指出高强度混凝土在高温作用后 的弹性模量的 变化与普通混凝凝土是极为类似的。4 0 0 是其弹模变化的I临 界点， 4 0 0 之前降低较小 ， 之后则加速衰减， 6 0 0 时降为常温 下的 2 5 ， 8 0 0 时只有常温下的 2 0 。虽然衰减的趋势相似， 但是高强度混凝土的弹模残余量明显高于普通混凝土。 高温后混凝土结构中混凝土材料的剩余弹性模量直接影 响结构的剩余刚度， 当弹性模量过低时， 结构不具备足够的刚 度和承载力去维持结构的正常使用。因此， 对混凝土结构中混 凝土材料的弹性模量进行研究是非常重要的。 2 过火后普通混凝土材料材性变化趋势拟合 过火后混凝凝土的强度、 弹性模量折减拟合曲线是建立在 对现有的相关方面试验数据的分类整理基础上的。 数据资料均 来源于各大高校专业研究文献， 经过拟合后得出 可信度 9 5 以 上的拟合计算公式。 2 1过火后普通混凝土抗压强度衰减 对过火后混凝土抗压强度衰减按照两种类别进行： 一种是 按照骨料的种类分类， 另一种是按照冷却方式分类 ， 经过这样 分组后， 得出的拟合结果较为理想 ， 且易于应用在工程实践中 应用。 图 3 、 图4是按照这两种分类方法收集的数据绘制的分布 图及拟合曲线。 图 3 、 图4中的数据是将收集到的相关文献数据使用数据 提取工具提取出实验数据转换成 e x c e l 表格后 ，对数据进行分 类后得到的试验数据散点图。 图 3中混凝土按照骨料类型分类后可以看出， 在大量的数 据拟合后得到硅质骨料的过火后混凝土抗压强度衰减较钙质 骨料要缓慢， 但是二者的整体衰减趋势接近， 无明显的材性质 变点。二者强度衰减差值不超过 1 5 ， 衰减平缓、 均匀。 图4中是按照不同冷却方式对实验数据进行分类的结果 ， 从图中可以看出随着温度的升高， 喷水冷却方式对混凝土抗压 强度衰减影响越来越大。分析原因是因为温度越高 ， 表面喷水 后使得内外的温度差越大，不同截面间的温度应力差越大， 混 凝土材料中的微裂缝开展越多， 整体的强度衰减越严重。 基于上述统计数据， 得出过火后混凝土材料抗压强度变化 拟合公式如下 ： 混凝土抗压强度折减系数计算公式： K 0 普通混凝土抗压强度折减计算公式： 硅质骨料 ： 。 =1 01 O 个 一 2 X 1 0 - T 2 + 31 0 - 4 T + 0 9 8 6 6 钙质骨料： 1 0 1 0 - 9 1 _ 2 1 0 - s I _ l X 1 0 - * I + 0 9 7 0 9 喷水冷却： K = 2 01 0 - z p- 3 01 0 叩 + 6 X 1 0 7 01 0 - * r + 1 0 0 9 7 自然冷却： = 4 0 x l 0 -1 0 T 3 - 1 O x l O - 6 T2 2 x l O I+ 0 9 8 9 6 式中： 。 昆 凝土抗压强度折减系数 混凝土在高温冷却后的抗压强度 混凝土常温下抗压强度 T混凝土受火最高温度 2 2过火后普通混凝土弹性模量衰减 图 5 是过火后普通混凝土材料弹性模量衰减数据收集与 拟合曲线。 由图 5拟合曲线可以看出普通混凝土弹性模量随温度衰 减状况基本与前述的文献内容吻合 ， 也说明了普通混凝土材料 弹性模量变化是具有普遍性的。 基于上述统计数据， 得出过火后混凝土材料弹性模量变化 拟合公式如下。 混凝土弹性模量折减系数计算公式 ： K I E E t 普通混凝土弹性模量折减计算公式： 日 产一 21 0 一 61 0 叩 4 X 1 0 -S L Y _ 7 X 1 0 叩+ 1 0 0 4 3 式中： K 一 混凝土弹性模量折减系数 E 。 一混凝土在高温冷却后的弹性模量 砰_? 昆 凝土常温下弹性模量 T - _ ? 昆 凝土受火最高温度 3 结论 火灾后钢筋混凝土结构的材料性能在一定程度上均会产 生不同程度的降低， 这些材性的折损主要受到最不利温度、 材 料 自身强度以及冷却方式的影响。 钙质骨料混凝土的高温后抗压强度比硅质骨料混凝土 低。 喷水冷却方式对混凝土材料材性降低有明显的影响， 相 安徽建筑 2 0 1 5 年第 6 期( 总 2 0 6期 ) 较于自然冷却材性降低速度快、 幅度大。 高强度混凝土的抗高温性能不及普通混凝土。 普通混凝土弹性模量衰减较为稳定平缓 ， 没有起伏。 文中给出了过火后普通混凝土材料的抗压强度及弹性模 量折算公式， 希望对火灾后相关混凝土结构的鉴定与加固提供 一 定的借鉴及依据。 参考文献 【 l 】 余志武 ， 丁发兴， 罗建平 高温后不同类型混凝土力学性能试验研 究田安全与环境学报， 2 0 0 5 ( 5 ) 【 2 】 李卫， 过镇海 高温下混凝土的强度和变形性能试验研究叨建筑结 构学报 ， 1 9 9 3 ( 1 ) 【 3 】 吴波， 马忠诚， 欧进萍 高温后混凝土变形特性及本构关系的试验 研究叨 建筑结构学报， 1 9 9 9 ( 5 ) 4 吴波， 梁悦欢_ 高温后混凝土和钢筋强度的统计分析叨 华南理工大 学学报( 自然科学 版) ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) 【 5 】 徐或， 徐志胜高温作用后混凝土强度试验研究【 j 】 混凝土， 2 o o o ( 2 ) 【 6 徐或， 徐志胜， 朱玛 高温作用后混凝土强度与变形试验研究叨 长 沙铁道学院学报， 2 o 00 ) 7 fi r e p e rf o r m a n c e o f h i g h - s tr e n g t h c o n c ret e ， L T P h a n ， B u i l d i n g a n d F i - re Re s e a r c h L a b o r a t o r y ， Na ti o n M I n s ti t u t e o f S t a nd a r d s and T e c h n o lo g y， Gmt h e mb u r g , Ma r y l a n d 2 0 8 9 9， Dece mb e r ， 1 9 9 6 【 8 】 吕天启 ， 赵国藩， 林志伸 高温后静置混凝土力学性能试验研究【 J 】 建筑结构学报， 2 o o 4 ( 1 ) 9 】 吴波 火灾后 钢筋混凝 土结构 的力学性 能 MI 北京 ： 科 学 出版社 。 2 o o 3 【 1 0 贾艳东， 等 不同时间高温后混凝土性能的试验研究 J 】 辽宁工程 技术大学学报， 2 006 ) 【 1 1 】 贾艳东， 等 不同时间高温后混凝土性能的试验研究J 】 辽宁工程 技术大学学报， 2 O O 6 ( 6 ) 【 l 2 李敏， 等 高强混凝土受火后力学性能变化规律的研究叨 硅酸盐 学报， 2 0 0 3 ( 1 1 ) 【 1 3 】 朱伯龙， 陆洲导， 胡克旭 高温( 火灾) 下混凝土与钢筋的本构关系 田 四川建筑科学研究， 1 9 9 0 ( 1 ) 【 1 4 曾令军 高温对钢筋混凝土性能及管片承载能力的影响研究【 D 】 上海： 同济大学， 2 0 0 6 1 5 】 王孔藩， 许清风， 刘挺林 高温下及高温冷却后混凝土力学性能的 试验研究f J 施工技术， 2 O O 5 ( 8 ) 【 l 6 】 阎继红， 林志伸， 胡云昌 高温作用后混凝土抗压强度的试验研究 J 】 土木工程学报， 2 002 ) 1 7 】 孟宏睿 高温作用后混凝土力学性能及无损检测的试验研究【 D 】 西安： 西安建筑科技大学， 2 0 0 5 【 1 8 】 逢靖华， 等 混凝土高温试验及高温后抗压残余强度研究叫 四川 建筑科学研究， 2 0 0 7 ( 3 ) 1 9 】 刘利先 ， 时旭东， 过镇海混凝土高温损伤后水中养护的愈合功能 试验研究 J 工业建筑， 2 003 ) 2 o 1 徐泽晶 火灾后钢筋混凝土结构的材料特性 、 寿命预估和加固研 究【 D 】 大连： 大连理工大学 ， 2 0 0 6 【 2 l 】 高玲玲， 李彦辉 火灾后建筑物的检测鉴定 J 】 中小企业管理与科 技( 上旬刊) ， 2 O l O U) 【 2 2 】 贾锋受高温后混凝土抗压强度的试验研究m青岛建筑工程学院 学报， 1 9 9 7 ( 1 ) 2 3 】 张自 坚， 陈荣荣， 张建文 混凝土经火烧后的抗压强度及本构关系 叨 浙江丝绸工学院学报， 1 9 9 4 ( ( 上接第 1 4 6页) 抗压、 弹性模量数据 表 4 强比后， 可以粗略计算出混凝土在早期成型到硬化拆模后的单 位开裂面积 c ，这样可以在施工过程提早粗略计算裂缝量 ， 采 取相应抗裂措施 ， 提高混凝土抗裂性； 其局限性是混凝土为单 一 配合 比， 只能够对施工早期开裂量粗略计算， 不能分析裂缝 的发展过程 。 3 结论 由标准抗裂试验和箱梁混凝土在不同环境因素下的抗 裂试验研究可知： 箱梁混凝土裂缝的产生是多种因素相互影响 下的结果 ， 混凝土 自身化学变化及外界条件影响下 ， 裂缝会产 生并不断发展 ； 从混凝土开裂气候敏感因子 角度分析， 裂缝 的开裂时间和开裂面积受外界温度影响比较大，温度变化大 ， 水化热反应剧烈， 释放的能量也较快， 导致裂缝产生的时间比 较早 ； 混凝土表面增加保温材料或进行合理养护 ， 会对裂缝的 产生抑制作用， 能有效的提高箱梁混凝土抗裂性。 提高混凝土的抗裂性要选择合适的水泥降低水化热， 控 制混凝上的出机和浇筑温度，对混凝土内部温度及时监控； 加 强混凝土早期养护 ， 适当延长养护时间， 可以在混凝土浇筑完 成后对其保湿养护， 保证表面能够在湿润的状态下 ； 如果外界 温度较大及风力较高 ， 要做好遮阳和挡风工作 ， 相当于在混凝 土表面增加保温材料。 通过采取合理的措施能够有效地提高混 凝土的抗裂性能。 参考文献 【 1 】 杨红霞， 等 混凝土温度收缩裂缝的产生机理及对策U 】 - 亘 安大学学 报,2 0 0 4 ( 2 ) 【 2 周世军， 朱唏 钢筋混凝土箱梁的非线性有限元分析及模型试验研 究叨 土木工程学报， 1 9 9 6 ( 8 ) 【 3 】 G B T 5 008 2 2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准【 s 】 4 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ， 混凝土结构设计规范【 s 】 5 J G J T 1 9 3 2 0 0 9 ， 混凝土耐久性检验评定标准 S 】 6 陆采荣， 梅国兴， 刘伟宝， 王珩， 戈雪 良 考虑温湿度风速条件的混凝 土开裂试验研究和应用叨 南水北调与水利科技， 2 O O 9 ( 6 ) l_ I I I 高 - _ 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 圜