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【聚丙烯纖維】混凝土爆裂機理

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      混凝土在遭受火災(zāi)或者高溫作用后,混凝土表面會發(fā)生突然崩裂的現(xiàn)象,混凝土的力學(xué)性能會突降甚至散失,這就是混凝土的高溫爆裂?;馂?zāi)引起的混凝土的高溫爆裂沒有任何的先兆,是一種突發(fā)性破壞,并且伴隨著大量的能量逸出,對混凝土結(jié)構(gòu)的承載力及耐久性會產(chǎn)生很嚴(yán)重的破壞。雖然目前國內(nèi)
外對高性能混凝土爆裂機理眾說紛紜,還沒有達到較為一致的結(jié)論,但有兩種觀點贏得國內(nèi)外專家的首肯,即蒸汽壓機理(the  vapor  pressure  build-up mechanism)與熱應(yīng)力機理(the thermal stress mechanism)。
(1)蒸汽壓機理(the vapor pressure build-up mechanism)
      蒸汽壓機理應(yīng)用的條件是,從微觀角度上來說,高性能混凝土是結(jié)構(gòu)細密,堅實,孔隙率很小且相鄰孔之間互不連通的密閉物體。當(dāng)遭受火災(zāi)等高溫環(huán)境時,即在加熱升溫過程中,混凝土溫度也隨之升高,內(nèi)部游離的水蒸發(fā)變成水蒸氣,由于水氣化變成水蒸氣過程中體積發(fā)生膨脹,同時混凝土升溫速率不同步,所以在加熱的過程中產(chǎn)生溫度梯度,這將促使水蒸氣向內(nèi)部較冷區(qū)域內(nèi)移動,對于硬化后的水泥漿體,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常密實,滲透性低,混凝土的低滲透率和飽和水層形成一個屏障阻止了水蒸汽自由移動,使蒸氣壓產(chǎn)生累積效應(yīng),在孔表面或孔連接部位形成毛細孔壓力,當(dāng)混凝土內(nèi)任何一個部位的毛細孔壓力大于其自身的抗拉強度時,便發(fā)生爆裂現(xiàn)象。
(2)熱應(yīng)力機理 (the thermal stress mechanism)
      熱應(yīng)力機理在高性能混凝土中應(yīng)用的模型條件是,在高溫作用下,混凝土內(nèi)部總應(yīng)變由與溫度變化成比例的應(yīng)變和與溫度變化不成比例的應(yīng)變構(gòu)成,應(yīng)變作用方向不一,無規(guī)則,并且混凝土內(nèi)部至少存在一處,該處的局部應(yīng)變量大于允許變形量。該機理從應(yīng)力角度可以這樣理解,混凝土內(nèi)部的熱應(yīng)力不僅僅是由一個方向產(chǎn)生,可能由雙向或者三向共同產(chǎn)生,熱應(yīng)力大小與混凝土受熱溫度呈正比,熱應(yīng)力單獨地或與孔隙壓力共同作用于混凝土內(nèi)部,該值大于混凝土自身抗拉強度時,混凝土便會因此發(fā)生爆裂而破壞。
      從微觀角度研究了不同種類的混凝土(HPC、NC)高溫后的變化特征,以孔結(jié)構(gòu)的變化量來體現(xiàn)這一變化過程,得出:在高溫(600℃)作用下,普通混凝土和高強混凝土孔( hcp 1.3um )累計體積均增大,雖然高強混凝土孔體積增量沒普通混凝土高,但增加的速度比普通混凝土快,高溫后,高強混凝土孔體積是高溫前的 3.9 倍,大于普通混凝土的 2.8 倍,由此可見,高強混
凝土高溫后的劣化效果比普通混凝土更加顯著。朋改非,李斌等人通過用燃油高溫爐對不同強度等級的混凝土(NC-40,HPC-60,HPC-70,HPC-100,HPC120
)進行標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)條件下的試驗,同時用兩塊加筋 HPC 進行對比試驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn),只有同時滿足發(fā)生爆裂所需要的最低強度和最小濕含量時,混凝土才會發(fā)生爆裂,強度越高,發(fā)生爆裂所需要的濕含量越小,濕含量的大小對混凝土爆裂占主導(dǎo)作用,由此印證了蒸汽壓機理的合理性。
      對混凝土內(nèi)部的濕熱傳遞以及蒸汽壓 Brzant研究認(rèn)為孔隙水(水蒸汽)僅僅是混凝土爆裂的誘因,僅在混凝土開裂初期發(fā)揮作用,真正影響裂縫開展擴大乃至爆裂的是由熱應(yīng)力產(chǎn)生的勢能作用。
      傅宇方等認(rèn)為混凝土是非均勻多項復(fù)合材料,爆裂產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜,爆裂過程中既發(fā)生物理反應(yīng)也發(fā)生化學(xué)反應(yīng),混凝土組成材料、強度、內(nèi)部含水率、濕含量及滲透性、試件形狀、升溫速率、加載方式和加荷大小均對爆裂產(chǎn)生影響,孔隙水(汽)壓力雖然可以使混凝土產(chǎn)生裂縫,但并不能單獨使混凝土發(fā)生爆裂,只有當(dāng)熱應(yīng)力機理與孔隙水(汽)壓力耦合作用不利于緩解孔隙壓力時,才可能導(dǎo)致爆裂的發(fā)生等認(rèn)為混凝土是非均勻多項復(fù)合材料,爆裂產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜,爆裂過程中既發(fā)生物理反應(yīng)也發(fā)生化學(xué)反應(yīng),混凝土組成材料、強度、內(nèi)部含水率、濕含量及滲透性、試件形狀、升溫速率、加載方式和加荷大小均對爆裂產(chǎn)生影響,孔隙水(汽)壓力雖然可以使混凝土產(chǎn)生裂縫,但并不能單獨使混凝土發(fā)生爆裂,只有當(dāng)熱應(yīng)力機理與孔隙水(汽)壓力耦合作用不利于緩解孔隙壓力時,才可能導(dǎo)致爆裂的發(fā)生。 

 


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