高溫作用下c30混凝土試塊強(qiáng)度損傷試驗(yàn)研究

1、2017.02設(shè)計(jì)與研發(fā)3高溫作用下C30混凝土試塊強(qiáng)度損傷試驗(yàn)研究陳珊珊，劉媛，劉晴，王一赫，許海亮（北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京，100144）摘要：為了探明C30混凝土在不同高溫溫度下的混凝土損傷規(guī)律，進(jìn)行了C30混凝土試塊燒損試驗(yàn)，然后對試塊進(jìn)行超聲波法檢測試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。分析在不同燒灼溫度下，混凝土材料和構(gòu)件實(shí)際燒損的試驗(yàn)成果，重點(diǎn)分析不同灼燒溫度對C30混凝土強(qiáng)度的損失程度，分析混凝土強(qiáng)度折減系數(shù)和受火溫度的關(guān)系，并得

2、出相關(guān)的結(jié)論。關(guān)鍵詞：C30；混凝土試塊損傷；高溫；超聲波法檢測中圖分類號(hào)：TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AExperimentalstudyonstrengthdamageofC30concreteblockunderhightemperatureChenShanshan，LiuYuan，LiuQing，WangYihe，XuHailiang（SchoolofcivilengineeringNthChinaUniversityofTechno

3、logyBeijing，100144）Abstract:indertofindthelawofC30concretedamageofconcreteindifferenttemperatureundertheburningtestblockC30concretethentestingcompressivestrengthultrasonictestofspecimen.Analysisondifferentburningtemperat

4、urethetestresultsofconcretematerialscomponentsofactuallossfocusesontheanalysisofdifferenttemperatureonthedegreeoflossofstrengthofC30concreteanalysisoftherelationshipbetweenthereductioncoefficienttemperaturestrengthofconc

5、retedrawrelevantconclusions.Keywds:C30；concreteblockdamage；hightemperature；ultrasonictesting0引言隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，發(fā)生火災(zāi)的潛在危險(xiǎn)也在逐漸上升，一旦發(fā)生將造成重大的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。因此火災(zāi)事故發(fā)生后，及時(shí)對混凝土材料的強(qiáng)度受損狀態(tài)進(jìn)行檢測，不僅是確定混凝土的耐火性能的關(guān)鍵而且對構(gòu)筑物各部位的材料選擇和構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等有著極重要的意義。

6、高溫作用時(shí)混凝土的材料性能是研究混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。高溫對混凝土的損害直接危及到結(jié)構(gòu)的安全性能和耐久性能。為了正確評估高溫對C30混凝土的安全性能和耐久性能的影響，本文根據(jù)C30混凝土材料的燒損試驗(yàn)成果，重點(diǎn)探討火災(zāi)時(shí)不同溫度對C30混凝土試塊強(qiáng)度的損失程度供有關(guān)人員參考。1混凝土試塊燒損試驗(yàn)研究概況1.1試驗(yàn)原理與方法本次試驗(yàn)擬針對C30混凝土試塊，進(jìn)行三組混凝土試塊燒損試驗(yàn)。燒灼試驗(yàn)中考慮相同溫度、相同時(shí)間下，不同灼燒溫度對C30混凝

7、土強(qiáng)度的損傷程度。灼燒溫度分別采用300℃、750℃、900℃。在灼燒試驗(yàn)中需綜合考慮以下因素：①極限最高溫度；②溫度等級(jí)；③恒溫時(shí)間；④同一測試項(xiàng)目（強(qiáng)度與剛度、聲波探測）所需的樣本容量等。1.2試驗(yàn)儀器混凝土試件制作采用標(biāo)準(zhǔn)鋼模，尺寸為150mm150mm150mm。受火前后混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量的試驗(yàn)儀器采用SANS微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)型號(hào)：SHT4106G，最大負(fù)荷1000KN，精度等級(jí)：0.5級(jí)。聲波儀為RSM－SY5

8、型非金屬聲波探測儀。系統(tǒng)觸發(fā)方式有內(nèi)觸發(fā)（INT）、外觸發(fā)（EXT）和信號(hào)觸發(fā)（CH1）。可實(shí)時(shí)讀取聲時(shí)、聲速、聲幅等參數(shù)。發(fā)射、同步接收、量程等參數(shù)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)热坑晒P記本微機(jī)通過串行口對主機(jī)實(shí)施控制?；炷翢g試驗(yàn)采用SX21813型高溫箱式電阻爐。額定溫度13500C，工作溫度可達(dá)13000C，爐溫均勻性為50C，控溫精度為1%。電阻爐采用PID智能程序控溫，自動(dòng)補(bǔ)償溫差，人工干預(yù)少，能滿足不同火災(zāi)強(qiáng)度下混凝土試件的燒損試驗(yàn)。

9、1.3試驗(yàn)試塊的基本情況試驗(yàn)數(shù)量分配情況見表1所示。表1試塊在不同溫度和受火時(shí)間的試驗(yàn)數(shù)混凝土溫度℃恒溫時(shí)間（3組）總數(shù)1h2h4hC303003塊3塊3塊27塊7503塊3塊3塊9003塊3塊3塊試塊的混凝土配合比設(shè)計(jì)，混凝土采用C30混凝土，水泥：砂：碎石：水：粉煤灰：外加劑的配合比為272:842:117:160:40:3.13（單位Kgm3）；實(shí)際稱取其組成質(zhì)量425水泥:細(xì)骨料:粗骨料:粉煤灰:自來水:減水劑為7.30:22.

10、70:30.16:4.32:1.100:0.08（單位kg），其中粗骨料的粒徑在5～25mm。每組試件在燒蝕完成后，經(jīng)自然冷卻，然后從爐內(nèi)取出，分別本項(xiàng)目受北方工業(yè)大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目（XN001168）；校內(nèi)優(yōu)青項(xiàng)目（XN072031）資助20170102內(nèi)頁.indd3201711416:02:06萬方數(shù)據(jù)2017.02設(shè)計(jì)與研發(fā)4進(jìn)行如下試驗(yàn)：（1）全部3個(gè)試件進(jìn)行超聲波法檢測試驗(yàn)。（2）取其中3個(gè)試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度。2混凝土襯砌

11、材料火損情況檢測結(jié)果及分析0σσηs=通過肉眼可以觀察到經(jīng)歷不同溫度的混凝土試件表面顏色、特征有著明顯的變化。常溫下（20℃），混凝土顏色為青灰色；300℃后，混凝土表面的顏色與常溫下相比基本一致，沒有裂縫缺角等現(xiàn)象，只是在受火2、4小時(shí)的試塊顏色略變淺（圖1）；750℃后，混凝土表面顏色為灰白略顯淺黃色，表面裂縫進(jìn)一步增加，表面疏松；900℃后，混凝土顏色呈現(xiàn)淺黃色，表面裂縫寬度擴(kuò)大，試塊邊角處有破損。圖1C30300℃1、2、4h2

12、.1混凝土襯砌材料火損后的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析使用SANS微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行高溫后強(qiáng)度測定，每組至少3個(gè)試塊，抗壓強(qiáng)度取算術(shù)平均值（舍去差異超過中間值15%的強(qiáng)度）。表2為混凝土試塊在各個(gè)燒蝕試驗(yàn)條件下抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)平均值表中殘余強(qiáng)度系數(shù)η表示火損試塊的抗壓強(qiáng)度與試塊常溫抗壓強(qiáng)度之比即：（2.1）△ηT則表示下一溫度量級(jí)與上一溫度量級(jí)在相同恒溫時(shí)間時(shí)的強(qiáng)度折減系數(shù)差值；△ηt則表示同一溫度量級(jí)在兩種恒溫時(shí)間下的強(qiáng)度

13、折減系數(shù)差值，即△ηTi=[η（Ti）η（Ti1）]100%（2.2）△ηt=[η（ti）η（ti1）]100%（2.3）式中，Ti=300℃、750℃、900℃；i=124常溫條件下，試塊強(qiáng)度32.2MPa。300℃時(shí)，殘余強(qiáng)度31.8MPa，強(qiáng)度折減系數(shù)0.532；恒溫時(shí)間2h殘余強(qiáng)度31.7MPa，強(qiáng)度折減系數(shù)0.521；恒溫時(shí)間4h，殘余強(qiáng)度31.1MPa，強(qiáng)度折減系數(shù)0.493。其他試驗(yàn)結(jié)果具體見表2。表2C30混凝土試塊抗壓

14、強(qiáng)度試驗(yàn)分析匯總試驗(yàn)條件試塊常溫強(qiáng)度0σMPa殘余強(qiáng)度sσMpa試塊強(qiáng)度折減系數(shù)η△ηT%△ηt%溫度℃恒溫時(shí)間h300132.231.80.9871.3231.70.9841.60.3431.10.9663.41.8750132.27.60.23629.627.30.22629.50.146.70.20828.51.0900132.22.70.08315.222.40.07414.90.241.60.05016.02.1對于同一種等級(jí)

15、混凝土等級(jí)、相同受火時(shí)間，隨著受火溫度的增加，抗壓強(qiáng)度降低速率增大，并在750℃、900℃時(shí)抗壓強(qiáng)度損失明顯，突然降低。3超聲波法檢測使用SC2型數(shù)字超聲波檢測儀（探頭頻率50Hz聲時(shí)顯示范圍0.5～9999μs，測試精度0.1μs，耦合劑為黃油，每個(gè)受火試塊的對相對面取3個(gè)測試點(diǎn)，同一溫度等級(jí)和同一受火時(shí)間下可以測得16個(gè)超聲波聲時(shí)值，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出波速，測試數(shù)據(jù)結(jié)果見下表4。表4中V0分別表示常溫20℃的波速值、VTi表示

16、受火后1小時(shí)、2小時(shí)、4小時(shí)試塊波速值（i=1、2、4小時(shí)）。由圖2C30受火前后波速比與溫度的關(guān)系圖可知，隨著溫度的上升波速比降低，4h的波速比是最小的，受火時(shí)間和受火溫度對混凝土波速影響較大。025507510002004006008001000溫度℃波速比%C301小時(shí)C302小時(shí)C304小時(shí)圖2C30受火前后波速比與溫度關(guān)系經(jīng)過超聲波檢測，得到的結(jié)果并進(jìn)行結(jié)果分析，得到的超聲波檢測的匯總表如表3所示：表3超聲波檢測結(jié)果分析匯總混

17、凝土等級(jí)溫度℃V0VT1VT1V0VT2VT2V0VT4VT4V0C303003438333897.1304388.5297786.67503438231767.4163647.61547459003438159246.3114833.4105930.84結(jié)論在溫度為300℃、750℃、900℃，受火時(shí)間分別為1小時(shí)、2小時(shí)、4小時(shí)的組合試驗(yàn)條件下，對C30混凝土材料燒灼后損傷程度進(jìn)行了分析研究，據(jù)此可得出以下幾點(diǎn)規(guī)律：（1）受熱溫度達(dá)

18、到300~750℃時(shí)，C30混凝土襯砌材料的強(qiáng)度隨著溫度升高而逐漸加速降低。這一階段水泥砂漿的急劇收縮和骨料的快速膨脹導(dǎo)致混凝土骨架幾近破裂，大量結(jié)晶水散失，混凝土僅存在較小的結(jié)構(gòu)抗力。（2）當(dāng)受熱溫度達(dá)到為900℃時(shí)，此時(shí)C30混凝土結(jié)晶水完全喪失，骨料膨脹導(dǎo)致界面裂縫已貫穿整個(gè)試件，強(qiáng)烈的內(nèi)部損傷導(dǎo)致混凝土已失去結(jié)構(gòu)抗力。（3）受火溫度對混凝土襯砌材料損傷的影響程度要比受火時(shí)間大。參考文獻(xiàn)[1]彭立敏劉小兵杜思村.不同燃燒溫度量級(jí)對