含粗骨料超高性能混凝土的高溫力學(xué)性能、爆裂及其改善措施試驗(yàn)研究.pdf

1、本文制備了多種56d齡期抗壓強(qiáng)度為120～160MPa的含粗骨料超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete with Coarse Aggregate，UHPC(CA))和活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC），包括無任何纖維摻入的空白組UHPC(CA)、單摻鋼纖維的UHPC(CA)和RPC、混摻鋼纖維和聚丙烯(Polypropylene，PP)纖維的UHPC(CA

2、)及RPC、不同組分混摻環(huán)保型鋼纖維、橡膠顆粒和PP纖維的UHPC(CA)。以試驗(yàn)為主測定這些超高性能混凝土的殘余力學(xué)性能和高溫爆裂行為，為具有抗火性要求的超高性能混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定以及科學(xué)評估遭受火災(zāi)后的超高性能混凝土工程結(jié)構(gòu)的安全性提供參考價(jià)值。本文獲得的主要研究成果如下:
　　(1)空白組UHPC(CA)具有良好工作性能、超高強(qiáng)度和突出耐久性能，但其韌性和抗收縮性能較差?？瞻捉MUHPC(CA)遭受各目標(biāo)溫度后的

3、殘余力學(xué)性能及其相對常溫時(shí)的殘余強(qiáng)度百分率均高于高性能混凝土(High-Performance Concrete，HPC);各類型鋼纖維中，高強(qiáng)度鋼纖維最有利于提高UHPC(CA)的殘余力學(xué)性能，尤其是殘余斷裂能。其中，單摻鍍銅鋼纖維的UHPC(CA)的峰值殘余抗壓強(qiáng)度超過200MPa。
　　(2)因高溫引起了混凝土內(nèi)部“二次水化”，各類型纖維增韌超高性能混凝土的殘余抗壓強(qiáng)度和殘余劈裂抗拉強(qiáng)度均隨著目標(biāo)溫度的升高而呈現(xiàn)先升高再降低

4、的趨勢，其相對于常溫時(shí)強(qiáng)度的殘余抗壓強(qiáng)度百分率以目標(biāo)溫度為變量可擬合為二次多項(xiàng)式函數(shù)或者線性函數(shù);而各類型纖維增韌超高性能混凝土的殘余斷裂能卻逐漸下降，多與目標(biāo)溫度成為線性函數(shù)關(guān)系。然而，空白組UHPC(CA)的孔粗化嚴(yán)重，其殘余斷裂能與摻入鋼纖維的超高性能混凝土的規(guī)律相反。
　　(3)空白組UHPC(CA)遭受從常溫至800℃高溫加熱過程中發(fā)生了嚴(yán)重高溫爆裂，其高溫爆裂的發(fā)生幾率和嚴(yán)重程度均顯著大于HPC。單摻鋼纖維可以改善超高

5、性能混凝土的高溫爆裂，但不能避免高溫爆裂的發(fā)生;混雜摻入鋼纖維和PP纖維可以顯著改善空白組UHPC(CA)的高溫爆裂，且避免了部分試件發(fā)生高溫爆裂，而摻量為0.5％體積率的鋼纖維的改善效果優(yōu)于摻量為1.0％的情況。其中混雜摻入波紋型高強(qiáng)度普通鋼纖維（體積摻量為0.5％）和PP纖維最有利于提高UHPC(CA)的抗高溫爆裂性能。
　　(4)UHPC(CA)的抗高溫爆裂性能均優(yōu)于RPC，粗骨料起到了減輕混凝土高溫爆裂的作用，這是因?yàn)椋?/p>

6、骨料的存在降低了超高性能混凝土內(nèi)部的溫差熱應(yīng)力，增加了纖維在砂漿基體中的分布密度。
　　(5)含濕量顯著影響了超高性能混凝土的高溫爆裂，含濕量越大，高溫爆裂越嚴(yán)重，這說明了蒸汽壓是引發(fā)超高性能混凝土高溫爆裂的主導(dǎo)因素。而大量粗骨料在UHPC(CA)發(fā)生高溫爆裂過程中從砂漿基體中剝離出來并保持完整以及部分超高性能混凝土發(fā)生逐層爆裂的試驗(yàn)現(xiàn)象均顯示，蒸汽壓和熱應(yīng)力的組合作用最終導(dǎo)致了超高性能混凝土高溫爆裂的發(fā)生。
　　(6)UH

7、PC(CA)的內(nèi)部蒸汽壓力隨著混凝土試件含濕量的增大而增大，100％含濕量的空白組UHPC(CA)的內(nèi)部蒸汽壓力可達(dá)到5.024MPa;此外，降低加熱速率明顯降低了UHPC(CA)的高溫爆裂嚴(yán)重程度。
　　(7)來自廢舊輪胎的附著橡膠顆粒的環(huán)保型鋼纖維(Recycled Steel Fiber with Rubber,RSFR)對UHPC(CA)的劈裂抗拉強(qiáng)度和斷裂能的提高幅度顯著大于其他類型鋼纖維，尤其是斷裂能;未附著橡膠顆粒的