高溫作用下阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土耐火性能研究

0人員火災(zāi)危險(xiǎn)性分析混凝土是世界上應(yīng)用最廣泛的建筑材料之一。一般混凝土的應(yīng)用歷史悠久。隨著城市人口的聚集,現(xiàn)代建筑的火災(zāi)發(fā)生頻率和火災(zāi)危險(xiǎn)性不斷增加,一旦發(fā)生火災(zāi),建筑物的材料性能將嚴(yán)重惡化,結(jié)構(gòu)性能大大削弱,甚至造成生命和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。因此,研究混凝土的耐火性能非常重要。國(guó)外對(duì)混凝土的高溫性能進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究1試驗(yàn)過(guò)程1.1阿利特-硫鋁酸藻水泥的實(shí)測(cè)性能指標(biāo)水泥P·O52.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥(下文簡(jiǎn)稱(chēng)P)產(chǎn)自山水集團(tuán)有限公司;阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥,采用山東淄博齊銀特種水泥廠生產(chǎn)的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料,摻加5.00%天然二水石膏,粉磨至200目篩篩余量<6.00%,制得阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥(下文簡(jiǎn)稱(chēng)L)。兩種水泥的實(shí)測(cè)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。砂子為中粗河砂,細(xì)度模數(shù)為2.6～2.7,含泥量<1.00%,Ⅱ區(qū)級(jí)配,有機(jī)物含量合格。石子為碎石,連續(xù)級(jí)配5～25mm。拌合及養(yǎng)護(hù)用水為普通自來(lái)水。1.2聯(lián)合競(jìng)爭(zhēng)與試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)和方法1.2.1《配合比設(shè)計(jì)》參照J(rèn)GJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。參照基準(zhǔn)配合比,按表2所示各材料用量,分別配制了3組普通硅酸鹽水泥混凝土(P系列)和阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土試樣(L系列)。1.2.2混凝土配制工藝試驗(yàn)除特別說(shuō)明,均參照DL/T5150-2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》、GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T50069-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。試驗(yàn)用混凝土試件尺寸為100mm×100mm×100mm。1.2.3升溫和升溫將養(yǎng)護(hù)至28d齡期的試樣取出,在室內(nèi)放置一段時(shí)間,晾干表面水分,然后放入高溫爐內(nèi)進(jìn)行加熱,升溫速度為5℃/min,達(dá)到預(yù)定溫度后,恒溫2h。在升溫和恒溫過(guò)程中,注意觀察爐膛和爐口的現(xiàn)象。恒溫結(jié)束后,取出試件,在空氣中自然冷卻至室溫,24h后測(cè)定其力學(xué)性能。2結(jié)果與討論2.1混凝土在高溫下的試驗(yàn)現(xiàn)象2.1.1氣體逸出量的影響升溫過(guò)程中,電阻爐內(nèi)氣體的逸出規(guī)律為:對(duì)于普通硅酸鹽水泥混凝土,當(dāng)溫度上升到300℃時(shí)開(kāi)始逸出氣體,450～500℃時(shí)氣體逸出量最大,以后逐漸減弱;對(duì)于阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土,400℃時(shí)開(kāi)始逸出氣體,500～600℃時(shí)逸出氣體量最大,以后逐漸減弱?？梢?jiàn),在高溫作用下,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土內(nèi)部水分的逸出比普通水泥混凝土滯后,這主要是由于阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的結(jié)構(gòu)比普通混凝土致密,抗?jié)B性好,水蒸氣逸出時(shí)遇到的阻力比較大所致。2.1.2混凝土爆裂聲對(duì)于普通混凝土,當(dāng)加熱到400℃時(shí),可以聽(tīng)到爐內(nèi)發(fā)出輕微的爆裂聲;在600℃左右,爆裂聲最為密集,以后逐漸減弱。打開(kāi)爐膛,可以看到爆裂脫落的微細(xì)顆粒;經(jīng)歷500℃的試件表層則有細(xì)小的砂礫脫落。對(duì)于阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土,當(dāng)加熱至450℃時(shí),混凝土試件陸續(xù)發(fā)生爆裂,其爆裂聲強(qiáng)于普通混凝土,且爆裂后碎塊的斷面形狀不規(guī)則,斷面處砂、石及水泥石清晰可見(jiàn),沒(méi)有發(fā)生沿集料和水泥石界面破壞的情況。關(guān)于混凝土材料高溫下產(chǎn)生爆裂現(xiàn)象的研究,已有許多報(bào)道2.1.3試件顏色的變化普通混凝土和阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土在相同高溫作用后,其外表顏色變化相似。所有混凝土試件在常溫下為灰色,100～300℃時(shí),顏色無(wú)明顯變化;400℃時(shí),試件開(kāi)始呈現(xiàn)灰白色,且表面產(chǎn)生龜裂紋;500～600℃時(shí),試件為灰白色略帶淺紅色,表面有許多細(xì)小裂紋,且裂紋長(zhǎng)度增加,有時(shí)有貫穿裂紋。2.2高溫作用下的混凝土性能表3給出的是養(yǎng)護(hù)28d齡期的混凝土試件,經(jīng)受不同溫度的高溫作用后的抗壓強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果。為了更直觀地觀察經(jīng)受不同溫度作用后混凝土強(qiáng)度值的變化情況,以各樣品在室溫(20℃)下的強(qiáng)度測(cè)定值為100%,分別計(jì)算了各混凝土試樣經(jīng)受不同溫度作用后的抗壓強(qiáng)度相對(duì)室溫強(qiáng)度的變化率,結(jié)果如圖1所示。從表3和圖1可以看出,經(jīng)受300℃以下的高溫作用,對(duì)兩種混凝土的強(qiáng)度影響均不大,甚至還有一定程度的提高,相比而言,對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土(L系列)的影響比普通硅酸鹽水泥混凝土更小;溫度超過(guò)400℃后,強(qiáng)度降低的幅度較大,其中在400℃作用下,L系列混凝土的強(qiáng)度降低幅度比P系列混凝土大,而在400℃以上,則P系列混凝土的強(qiáng)度降低幅度比系列L混凝土大。總的看來(lái),L系列的耐火性能較P系列要好一些。如經(jīng)受600℃高溫作用后,L系列混凝土的剩余強(qiáng)度約為62%～68%,而P系列混凝土的剩余強(qiáng)度約為61%～64%。高溫下混凝土強(qiáng)度的變化是由其微觀結(jié)構(gòu)變化而造成的?；炷潦怯伤嗍⒓?、孔隙及孔隙中的液相組成的復(fù)合體。水泥石受高溫時(shí),首先是毛細(xì)水等游離水脫出,此時(shí)溫度一般為100～110℃,然后是AFt中的溝槽水、C-S-H中的凝膠水以及水化產(chǎn)物中的結(jié)晶水脫水,同時(shí)開(kāi)始產(chǎn)生C-S-H收縮,但是此時(shí)水泥石的收縮與熱膨脹基本互相平衡,所以混凝土的強(qiáng)度降低不大;在280～330℃,水化鋁酸三鈣開(kāi)始脫水,收縮增大,在400～450℃時(shí),氫氧化鈣(Ca(OH)3阿利特-硫鋁酸藻混凝土(1)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土比硅酸鹽水泥混凝土密實(shí),對(duì)內(nèi)部水蒸汽遷移的抑制作用強(qiáng),高溫作用下內(nèi)部水分逸出的阻力較大,逸出溫度滯后,爆裂現(xiàn)象比普通混凝土略微嚴(yán)重。(2)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化生成的AFt比硅酸鹽水泥多,而CH少,400℃以下的高溫作用,對(duì)其混凝土強(qiáng)度的影響比硅酸鹽