改性輕骨料混凝土高溫爆裂性能研究進展

王小莉

（黃山學院建筑工程學院 安徽黃山 245041）

火災下混凝土構件發生巨響的表面剝落及分裂碎塊現象即為高溫爆裂，極大降低建筑物承載能力，具有脆性、突發性、破壞性，使建筑物出現嚴重破壞甚至倒塌，引起國內外學者不斷研究開發綠色耐火的建筑材料。輕骨料混凝土具有輕質高強，良好的保溫隔熱、耐久、抗震等性能，是良好的綠色、節能、環保的建筑材料，已不斷應用在大體積、高層、大跨等工程中；因此其高溫性能受到高度關注，通過研究輕骨料混凝土高溫爆裂性能，掌握其爆裂機理，以尋求改善措施提高抗高溫爆裂性能，進而提高結構的耐火性。為此，本文論述改性輕骨料混凝土高溫爆裂性能研究進展，并指出一些有待解決的問題。

1 纖維改性輕骨料混凝土爆裂性能

輕骨料混凝土因骨料多孔性，具有孔隙率大，吸水率高，導熱系數及熱膨脹系數小，火災下輕骨料混凝土產生較大溫度梯度和應力場，內部蒸汽壓力增大，使其先于普通混凝土發生爆裂，且破壞更嚴重；為提高其抗高溫爆裂性能，不少學者進行改善措施研究。文獻[1]提出輕骨料混凝土中加入單絲聚丙烯纖維可顯著降低高溫爆裂的幾率。文獻[2～4]PP纖維（聚丙烯纖維）可以顯著提高混凝土抗拉強度、韌性、延性；輕骨料混凝土孔隙率大和密度小，骨料吸收率大，進而濕度梯度小；輕骨料混凝土中摻入熔點大約170℃的pp纖維，隨著溫度升至其熔點溫度，PP纖維發生融化，在輕骨料混凝土中形成分布均勻的微孔道，提高了水蒸氣和熱量排出的速度，降低混凝土內部壓力；由圖1與表1可知，隨著溫度升高800℃，普通混凝土表面最大裂縫寬度達到0.64mm，并出現爆裂現象；纖維全輕混凝土，裂縫出現輕微，最大裂縫寬度為0.10mm，繼續升溫至1000℃后，出現多條放射性裂紋，但完整形好，未發生爆裂，由此可得聚丙烯纖維提高輕骨料輕混凝土的抗爆裂性。

圖1 PP纖維輕骨料混凝土與普通混凝土不同溫度下試件最大裂縫寬度變化

表1 隨著溫度升高兩種試件表面變化規律

文獻[5]通過四類試件：一般輕骨料混凝土、玄武巖纖維輕骨料混凝土、聚丙烯纖維輕骨料混凝土、混雜纖維輕骨料混凝土的試驗性能結果對比分析；提出因聚丙烯纖維融化后形成貫穿在混凝土內部的孔道網，提高試件孔隙率，加快排放水蒸氣，降低其內部壓力，從而降低爆裂幾率，抗爆裂性能明顯提高，且聚丙烯纖維的長度越長，抗爆裂性能愈加顯著；玄武巖纖維因具有熔點高，拉伸強度高，其可以降低混凝土內的裂紋開展，可以抑制高溫爆裂；得到聚丙烯纖維抗爆裂性能比玄武巖纖維要高。

2 其它改性輕骨料混凝土爆裂性能

自密實輕骨料混凝土避免了自密實混凝土的下沉與輕骨料混凝土的上浮問題，干表觀密度小于1950kg/m3，具有自重輕、流動性較大，澆筑時不用振搗等特性。文獻[6]自實輕骨料混凝土試件大約在400℃時，表面有微小裂縫；隨著溫度不斷升高到450℃后，個別試件角部爆裂；溫度上升到470℃時，發生嚴重爆裂，試件已碎裂；自密實輕骨料混凝土抗拉強度較低，易吸水，密實度大，高溫下產生的水蒸氣不易排出，進而試件內部蒸汽壓力大，在450℃左右，便產生爆裂，抗爆裂性能較差；研究表明影響爆裂性能的主要原因為輕骨料的吸濕性與混凝土的密實度。文獻[7～8]采用成膜聚合物復合材料和地聚物材料裹覆輕骨料的改性輕骨料試件的吸水率比一般輕骨料混凝土減低大概30%。爆裂幾率在13%以下。高溫作用下分布在輕骨料混凝土內的成膜聚合物形成網絡似的通道，有利于氣體排出，降低試件內孔隙壓力，進而提升其抗爆裂性能；在不斷升溫下地聚物產生的化學反應產物包裹了，可隔斷周圍溫度向里擴散，有效消減試件界面過渡區的初始缺陷；改性輕骨料混凝土抵抗爆裂能力大幅度提高。

3 結論與展望

因輕骨料混凝土是一種綠色、節能、環保的建筑材料，現逐漸推廣應用于各種建筑工程，但輕骨料混凝土孔隙率、含濕量較大，使其在火災下易產生爆裂，降低結構強度和耐久性，通過對現有改性輕骨料混凝土的高溫爆裂性能研究發現，該方面研究很少，有待進一步研究一下方面：

（1）高溫與荷載耦合作用下改性輕骨料混凝土結構構件的性能研究。

（2）影響改性輕骨料混凝土爆裂因素研究。

（3）改性輕骨料混凝土的高溫爆裂預測模型研究。

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