不同溫度、冷卻對混凝土抗壓性能影響

馬映昌 張明虎

（寧夏大學土木與水利工程學院 寧夏銀川 750001）

引言

我國經濟的快速發展和建筑業的大力推進，建筑物的高度和密度呈現快速增長趨勢。目前，影響建筑物的諸多災害中，火災已成為發生概率最大，造成損失最嚴重的一種災害[1]。火災的發生，對建筑物的柱、墻體等產生不同的損傷，導致結構的抗壓承載力能嚴重下降。因此，對混凝土經高溫后的抗壓性能研究有著十分必要的意義。我國有著大量的沙漠資源，隨著混凝土需求量的增多，中砂資源的短缺，如果將粉煤灰和沙漠砂應用于混凝土中，不僅能解決了中砂資源的短缺，還降低了對環境的破壞和混凝土的成本。

1 溫度等級的影響

1.1 普通混凝土抗壓性能

混凝土的主要成分是CaCO3、C-S-H、CH等，在火災等其他高溫作用后，其內部發生復雜的物理、化學變化，導致混凝土結構的破壞。因此在高溫作用下混凝土的力學性能國內外學者做了大量的研究。侯高峰、韋軍[2]的采用溫度為 150℃、250℃、350℃、450℃、550℃、650℃，對 C20混凝土進行抗壓實驗，得出隨著溫度的升高混凝土的抗壓強度呈下降趨勢。宋百姓、柯國軍[3]的實驗指出，室溫到200℃以內時，混凝土抗壓強度幾乎沒什么損失，當溫度為300℃時，混凝土強度下降的比較嚴重，600℃以后強度呈現劇烈下降趨勢。時旭東、過鎮海[4]的試驗可以得出，在300℃以內，混凝土的抗壓強度與室溫的抗壓強度相比呈現上下波動，當溫度大于300℃后，抗壓強度近于線性下降，當900℃時抗壓強度已不足于常溫下的10%。

1.2 沙漠砂混凝土的抗壓性能

沙漠砂與普通的中砂相比有著相似的化學成分，顆粒較中砂細，使混凝土內部填充密實，因此，對沙漠砂應用于混凝土中后的力學性能國內外學者進行了大量研究[5-6]，得出比較一致性的結論：隨著沙漠砂摻量的增加，混凝土的抗壓強度逐漸增高，當沙漠砂的替代率為30%時，混凝土的強度最高。由于沙漠砂混凝土結構在高溫下比常溫下性能要復雜的多，其力學性能隨著溫度的改變而發生改變，因此沙漠砂混凝土在高溫作用下的力學行的學者們也進行了大量的研究[7-8]，采用溫度等級為100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃，在 100℃時，沙漠砂混凝土的抗壓性能較室溫下有所提高，在300后，混凝土的抗壓強度隨著溫度的升高而降低。

2 冷卻方式的影響

2.1 普通混凝土

高溫下的混凝土進行澆水冷卻后，其抗壓強度較自然冷卻后的抗壓強度有所不同，國內外學者進行了大量研究得出：在500℃以內，自然冷卻后的抗壓強度稍高于澆水冷卻，因為混凝土受到高溫后遇水驟然冷卻，導致混凝土試件內外溫度極其不均勻，從而使混凝土內部結構損傷產生大量的裂縫。500℃以上時，沒有形成統一的觀點，澆水冷卻后混凝土的抗壓強度高于自然冷卻是因為澆水后水泥顆粒繼續水化，殘余強度在短期里有較快的增長，而室溫冷卻時殘余強度增長的緩慢。其中閻慧群[9]對混凝土通過 100℃、300℃、500℃、600℃、700℃高溫后，采用自然冷卻與澆水冷卻兩種方式進行抗壓試驗得出：澆水使得抗壓性能嚴重劣化。

2.2 沙漠砂混凝土

針對摻沙漠砂后混凝土在高溫冷卻的性能學者做了到了研究[7-8]：因為澆水冷卻促使水泥的再次水化，使得強度在500℃以內時，澆水后混凝土的強度高于沒澆水的；當溫度超過500℃后，由于高溫混凝土遇水驟然冷卻，混凝土內外溫度極其不均勻，導致形成大量裂縫，抗壓強度降低。

3 結語

通過對沙漠砂混凝土與普通混凝土的抗壓性能的分析：①在室溫下，沙漠砂的摻入可以提高混凝土的抗壓性能，當沙漠砂的替代率為30%時，混凝土的強度達到最大；②在高溫下，隨著溫度的升高，混凝土抗壓性能一般呈下降趨勢，不同的冷卻方式對混凝土的抗壓性能影響較大，在200℃以內時，沙漠砂的摻入使得混凝土的抗壓性能較普通混凝土有所提高，該研究可為沙漠砂應用于實際的工程中提供理論依據。

[1]李敏.高強混凝土受火損傷及其綜合評價研究[D].東南大學，2005.

[2]侯高峰，韋軍.高溫后不同強度等級混凝土力學性能的試驗研究[J].工程質量，2010，28（03）：68～70.

[3]宋百姓，柯國軍，楊卉.高溫作用后混凝土的性能研究進展[J].工程質量，2012，30（04）：35～39.

[4]時旭東，過鎮海.高溫下鋼筋混凝土連續梁的受力性能試驗研究[J].土木工程學報，1997（04）：26～34.

[5]劉海峰，付杰，馬菊榮，楊維武，陳云龍.沙漠砂高強混凝土力學性能研究[J].混凝土與水泥制品，2015（02）：21～24+28.

[6]楊維武，陳云龍，劉海峰，馬菊榮，韓 莉，宋建夏.沙漠砂高強混凝土力學性能研究[J].混凝土，2014（11）：100～102.

[7]呂劍波，劉寧，劉海峰.高溫后沙漠砂混凝土抗壓強度研究[J].混凝土，2017（07）：129～133.

[8]田帥，劉海峰，宋建夏.高溫后高強沙漠砂混凝土力學性能研究[J].廣西大學學報（自然科學版），2015，40（01）：112～120.

[9]閻慧群.高溫（火災）作用后混凝土材料力學性能研究[D].四川大學，2004.