淺析高溫對聚丙烯纖維混凝土力學性能的影響

淺析高溫對聚丙烯纖維混凝土力學性能的影響

　　我國纖維混凝土的大規(guī)模應(yīng)用是從鋼纖維混凝土和玻璃纖維混凝土起步的，下面是小編搜集整理的一篇探究高溫對聚丙烯纖維混凝土力學性能影響的論文范文，供大家閱讀參考。

　　摘要：研究發(fā)現(xiàn)，不同摻量的聚丙烯纖維對纖維混凝土高溫條件下的力學性能影響差異很大。本文結(jié)合國內(nèi)當前研究成果對不同摻量的聚丙烯纖維混凝土力學性質(zhì)進行探討總結(jié)，對纖維混凝土的部分力學性能進行分析，明確聚丙烯纖維對纖維混凝土力學性能的影響。主要針對聚丙烯纖維混凝土高溫條件下的抗壓強度、抗折強度及高溫劈拉強度進行探討分析，最后給出本文結(jié)論。

　　關(guān)鍵詞：聚丙烯;纖維混凝土;高溫;力學性能

　　1 研究背景

　　合成纖維混凝土的研究及應(yīng)用開始于20世紀60年代，在70年代得到了空前的發(fā)展。纖維對混凝土性能的提高，必須具備以下條件并且缺一不可：(1)分布均勻;(2)與混凝土的握裹性強;(3)材料本身抗腐蝕、抗堿集料反應(yīng)強;(4)材質(zhì)的抗拉強度好。通過以上條件來提高混凝土的抗碎、抗裂、抗折、抗沖擊、抗?jié)B水、抗疲勞等綜合性能。在合成纖維中聚丙烯纖維的耐腐蝕性、強度、抗堿反應(yīng)均優(yōu)于其它纖維。

　　但是非常薄弱的一個特征是抗火性差，在火災(zāi)高溫中爆裂的幾率比普通混凝土大很多。因為混凝土的爆裂，使得鋼筋外露在火災(zāi)中，而鋼筋在火災(zāi)中很容易受熱軟化，導致承載能力急劇下降，導致構(gòu)件、建筑物的危險程度大大提高。

　　因此在積極利用纖維混凝土甚至高強混凝土優(yōu)點的同時，必須努力改善纖維混凝土的高溫爆裂破壞性能。掌握高溫后高性能混凝土力學性能和損傷規(guī)律，為全面地評價高溫(火災(zāi))后高性能混凝土結(jié)構(gòu)性能變化和損傷程度提供理論依據(jù)，指導混凝土結(jié)構(gòu)高溫(火災(zāi))后的合理而有效的加固修復，具有重要的理論意義和工程價值。

　　2 國外研究現(xiàn)狀

　　國外對于聚丙烯纖維混凝土的研究，開始于20世紀60年代。纖維混凝土的研究應(yīng)用與合成纖維技術(shù)的突破有非常重要的關(guān)聯(lián)。九十年代以后，國外許多學者對聚丙烯纖維混凝土的抗彎性能、抗裂能力、彎剪性能、抗沖擊性能分別作了研究。有關(guān)纖維混凝土的理論研究逐漸形成。

　　F.Hernandez-01ivares，G.Barluenga研究了表面粗糙的橡膠纖維在不同摻量下對高強混凝土高溫爆裂性能的改善，發(fā)現(xiàn)橡膠的摻入有助于降低高強混凝土的高溫爆裂的可能性，盡管抗壓強度和韌性有所降低，但是降低量不大[1]。

　　Yer.Ottens(1975)、Waubke和Schneider(1973)、Zhukov(1976) 等對普通混凝土的研究表明：混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)受熱過程中可能發(fā)生毀壞性爆裂。對于脆性和密度更大、滲透性更低的一般高強高性能混凝土，爆裂更易產(chǎn)生，導致材料強度損失甚至構(gòu)件坍塌，而且壓應(yīng)力越大，這種破壞越嚴重。

　　3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及成果

　　我國纖維混凝土的大規(guī)模應(yīng)用是從鋼纖維混凝土和玻璃纖維混凝土起步的。20世紀70年代纖維混凝土技術(shù)傳入中國。20世紀90年代初，能夠應(yīng)用于纖維混凝土的有機纖維通過商業(yè)渠道流入我國，成為纖維混凝土在我國大量應(yīng)用的契機。1998年6月26日，建設(shè)部科技發(fā)展促進中心(站)印發(fā)了《美國杜拉纖維技術(shù)研討會紀要》，并由此推開了纖維混凝土在我國應(yīng)用的嶄新局面。

　　為了更加深入了解聚丙烯纖維對纖維混凝土高溫性能的改變，國內(nèi)相關(guān)專家針對聚丙烯纖維混凝土的高溫性能做了大量的實驗，得到了聚丙烯纖維混凝土高溫下力學性能的許多重要結(jié)論。例如：

　　林志威的研究認為高性能混凝土具有低滲透性，在火災(zāi)高溫下不可避免地發(fā)生爆炸。試驗設(shè)計了144個摻有不同聚丙烯纖維(PPF)摻量的高性能混凝土立方體試塊，在經(jīng)歷了20～800℃的溫度后，研究高性能混凝土在高溫后的物理、力學性能變化規(guī)律。最后分析了聚丙烯纖維影響混凝土高溫后性能的機理[2]。

　　肖健莊設(shè)計了79塊摻有聚丙烯纖維的C50，C80和C100高性能混凝土立方體試塊。在經(jīng)歷了20～900℃的溫度后，得出了外摻聚丙烯纖維高性能混凝土高溫后的質(zhì)量損失率和殘余抗壓強度，以及未發(fā)現(xiàn)高溫爆裂的結(jié)論。分別針對試塊尺寸、強度等級和經(jīng)歷溫度等因素，研究了聚丙烯纖維高性能混凝土的高溫抗壓性能，通過統(tǒng)計回歸分析，得出了可供工程設(shè)計和事故鑒定用的抗高溫設(shè)計曲線[3]。

　　徐曉勇通過對聚丙烯纖維高強混凝土高溫后力學性能的試驗研究，探討了聚丙烯纖維高強混凝土的抗壓強度、抗拉強度和抗折強度在不同溫度下的變化規(guī)律，并與高強混凝土火災(zāi)后性能變化規(guī)律進行比較，分析了聚丙烯纖維改善高強混凝土高溫爆裂現(xiàn)象的機理，還闡述了聚丙烯纖維對高強混凝土受高溫作用后力學性能的影響機理[4]。

　　朱江等人經(jīng)過高溫試驗，發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維的加入能有效地改善高強混凝土和橡膠粉高強混凝土的高溫抗爆裂性能，聚丙烯纖維與適量的橡膠粉混雜有利于提高橡膠粉高強混凝土的剩余抗壓強度。

　　同時，他們通過實驗比較，發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維與橡膠粉混雜的高強混凝土，其工作性能優(yōu)于單一的聚丙烯纖維高強混凝土。通過對高溫后試件爆裂表觀形態(tài)的比較，發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維與橡膠粉混雜的高強混凝土與單一的聚丙烯纖維高強混凝土抗爆裂效果相近，但前者有更好的經(jīng)濟效益和環(huán)保作用。通過試件高溫前后的立方體抗壓強度試驗，得到高溫前后試件的抗壓強度值，并通過剩余強度率比較了單摻聚丙烯纖維、單摻橡膠粉和二者混雜的試件高溫后抗壓強變化值，總結(jié)出800℃高溫后聚丙烯纖維與再生橡膠混雜后的抗壓強度剩余率高于橡膠粉高強混凝土。

　　4 結(jié)語

　　本文通過對國內(nèi)當前不同摻量下的聚丙烯纖維混凝土在高溫條件下的力學性質(zhì)的研究成果進行簡要探討，主要有以下結(jié)論：

　　1 聚丙烯纖維混凝土增強高溫抗壓性能的原理為：在較高溫度下，聚丙烯纖維熔融后，形成新的通道釋放蒸汽壓，避免了抗壓強度過分損失甚至爆裂[1]。纖維混凝土的抗壓強度隨著聚丙烯纖維摻量的改變有稍微的變動，但影響不大。

　　2 聚丙烯纖維對混凝土劈拉性能的影響實質(zhì)上是高溫熔化后所留空洞的問題。一方面，與外界連通的孔洞為蒸汽壓的釋放提供通道，降低了熱損傷，防止了高溫爆裂，并有效改善了聚丙烯纖維混凝土的高溫中劈拉性能;另一方面，孔洞的存在使混凝土基體內(nèi)部缺陷增多，降低了聚丙烯纖維混凝土的高溫中劈拉性能。 基于以上兩種相反的作用效果，聚丙烯纖維摻量在適當范圍內(nèi)，融化產(chǎn)生的孔洞較少，引起的內(nèi)部缺陷也較少，產(chǎn)生的不利作用小于釋放蒸汽壓產(chǎn)生的有利作用，從而對聚丙烯纖維混凝土高溫中劈拉性能有所改善。纖維混凝土的劈拉性能隨著聚丙烯纖維摻量的增加會先提高然后再降低，但仍然比普通混凝土的劈拉強度有所提高。

　　3 聚丙烯纖維對混凝土的高溫后抗折性能的影響與聚丙烯纖維的摻量有關(guān)，隨著聚丙烯纖維摻量的逐漸提高，聚丙烯纖維混凝土的抗折強度也不斷提高。(作者單位：鄭州大學 水利與環(huán)境學院)

　　參考文獻：

　　[1] F.Herna’ndez—Olivares,G.Barluenga.Fire performance ofrecycled rubber—filled high—strength concrete.Cement andConcrete Research 34(2004)109—117;

　　[2] 林志威.不同PPF摻量的高性能混凝土高溫后性能研究[J].華中科技大學學報.2007,24(2)：1-2;

　　[3] 肖健莊.摻聚丙烯纖維高性能混凝土高溫后的抗壓性能[J].建筑材料學報.2004,7(3);

　　[4] 徐曉勇，聚丙烯纖維對改善高強混凝土高溫作用后劣化性能的研究[J].吉林建筑工程學院學報.2009;

　　[5] 王 平.聚丙烯纖維在混凝土高溫后抗壓抗折中不同表現(xiàn)的分析[J].浙江工業(yè)大學學報.2004.