普通混凝土高溫性能研究綜述

（寧夏大學土木與水利工程學院， 寧夏 銀川 750021）

普通混凝土高溫性能研究綜述

孫 帥 劉 寧

（寧夏大學土木與水利工程學院， 寧夏 銀川 750021）

目前，對于高溫后力學性能的的研究主要集中于抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、應力－應變關系等，筆者對近年來高溫后普通混凝土性能及其微觀特性的研究成果進行了分析、總結，指出了普通混凝土高溫性能研究中存在的問題和今后的研究方向，為深入研究普通混凝土的高溫性能提供參考。

高溫；普通混凝土；力學性能

0 引言

火在類生活和生產中起著巨大的作用,但火災卻也是造成建筑結構破壞的一個主要因素。當社會經濟的發展、城市規模的日益擴大，火災也就會隨之而來，并且發生火災的頻率以及造成的損失會因為人口和建筑的集中呈現上升的趨勢[1]。相對于發達國家，我國對鋼筋混凝土結構的抗火性能研究起步較晚，但近十幾年來這方面研究發展較快。從上世紀80年代起，同濟大學、清華大學、哈爾濱工業大學等國內一批高校先后就混凝土高溫后的物理、力學性能及結構的抗火性能等方面開展了相關試驗和理論研究工作，且成果頗多。

1 高溫后混凝土的力學性能

1.1 高溫作用后混凝土試件的表觀特征

混凝土試件在經受高溫后，其表面顏色發生改變，出現裂縫，并伴隨龜裂現象，質量變輕。根據研究[2,3]做出混凝土試件表觀特征隨溫度的變化情況表，如表1。

表1 試件顏色及表面狀態隨溫度變化情況表

1.2 抗壓強度的變化

當溫度低于400℃時，普通混凝土的抗壓強度損失不超過5%。當溫度超過400℃后強度開始劇烈下降，隨著溫度的升高殘余強度也會逐漸降低，其降幅也偏高。對于高溫后混凝土強度損失機理：謝狄敏、錢在茲等[4]指出物理結構的破壞是造成混凝土抗壓強度的損失的主要原因，這種情況主要存在于溫度段位300～600℃；當溫度在600℃以上時，混凝土中的水泥石膠凝體產生化學分解，使混凝土結構變松散，從而造成了強度的損失。溫度達到900℃時，普通混凝土剩余抗壓強度只是室溫強度的20%。實驗表明，混凝土的強度等級、膠凝材料的不同、骨料種類的各異、構件的尺寸大小、自然冷卻還是澆水冷卻方式等因素都會對混凝土的強度損失產生一定的影響。從總體來說，高溫后混凝土的抗壓強度是呈下降趨勢的。李衛、過鎮海[5]給出了高溫下混凝土強度與溫度的回歸關系方程:

1.3 抗拉強度的變化

大量研究表明：適筋混凝土構件基本上是由于在受拉區產生微裂縫然后導致整個構件的破壞。抗拉強度與抗壓強度的變化規律相比有著顯然的不同。，混凝土抗拉強度會在300℃溫度內劇烈下降。對于混凝土抗拉強度下降的原因：主要是在高溫作用后內部產生了大量的微裂縫，減小了截面的受力面積，導致混凝土抗拉強度劇烈降低。錢在茲、謝狄敏、金賢玉[7]實驗結果就表明了抗拉強度與抗壓強度之間的關系，其實驗結果如下表2。

1.4 彈性模量的變化

研究表明：混凝土的彈性模量隨溫度的變化的規律性比較明顯。一般情況下的彈性模量隨溫度的升高而直線下降。高溫時的混凝土由于溫度效應其彈性模量要比高溫后的高。骨料類型及水灰比對彈性模量也有著一定影響。普遍的研究數據表明：骨料對彈性模量的影響較大。水灰比的顯著增高，并且隨著溫度的升高，彈性模量也會明顯的下降。南建林, 過鎮海等[6]認為在高溫作用下混凝土的彈性模量會劇烈下降。并且當溫度達到900℃時，其彈性模量甚至可以忽略不計。下式是過鎮海[5]給出的混凝土初始彈性模量的表達式為：

表2 混凝土的拉壓強度

陸洲導[8]給出的取0.4 0.4?cT處割線模量反映彈性模量的變化規律為：

1.5 應力與應變關系

一般的，混凝土在高溫作用后的強度低，變形大，與常溫的混凝土相比，高溫后混凝土的應力一應變曲線下降段的線剛度值小很多，其受壓應力一應變全曲線不需要特殊的附加裝置就可量測到穩定值。南建林, 過鎮海等研究[6]發現：混凝土的骨料類型是影響高溫后混凝土應力一應變曲線的主要因素。陳宗平等[2]認為：應力應變曲線的上升段和下降段的斜率隨著溫度的升高逐漸變小，起初坡度較陡后逐漸變緩；加壓后期混凝土試件的峰值應力逐漸降低，而峰值應變則逐漸增大。

2 結論與展望

由于試驗采用的方法不同以及混凝土材料本身的差異性，不同學者給出的函數表達式的總體規律及趨勢也存在很大差異且具體數值差異較大，但大致相同。目前有關混凝土高溫后物理及力學性能相關研究較多，微觀分析方面有所欠缺，有待深入研究并建立微觀結構變化與力學性能變化的內在聯系。

[1]孫偉,繆昌文. 現代混凝土理論與技術[M].科學出版社,2012.

[2]陳宗平,王歡歡, 陳宇良. 高溫后混凝土的力學性能試驗研究[J]. 混凝土, 2015(1):13-17.

[3]郭強,吳守軍,張博. 高溫后混凝土力學性能及微觀特性研究[J]. 中國農村水利水電, 2016(7):168-170.

[4]過鎮海,時旭東. 鋼筋混凝土的高溫性能及其計算[M]. 清華大學出版社, 2003.

[5]李衛,過鎮海. 高溫下砼的強度和變形性能試驗研究[J].建筑結構學報,1993, 14(1):8-16.

[6]南建林, 過鎮海. 混凝土的溫度——應力耦合本構關系[J]. 清華大學學報(自然科學版), 1997(6):87-90.

[7]錢在茲,謝狄敏,金賢玉. 混凝土受明火高溫作用后的抗拉強度與粘結強度的試驗研究[C]// 全國結構工程學術會議. 1997:1-5.

[8]陸洲導. 鋼筋混凝土梁對火災反應的研究[D]. 同濟大學, 1989.

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1007-6344（2017）08-0304-01