玄武巖纖維布加固技術對不同火災受損混凝土的應用研究

摘 要：為研究玄武巖纖維布對受損混凝土的力學性能影響，探討了在不同火災環境下的混凝土力學性能演變規律，研究了玄武巖纖維布加固層數對受損混凝土力學性能影響。試驗結果表明，隨著環境溫度的增加，混凝土的抗壓強度下降速率迅速增加，在受損混凝土上鋪貼玄武巖纖維布能夠明顯的提高混凝土的抗壓強度，并且沿混凝土截面滿鋪玄武巖纖維布的效果較佳，并且間隔一層鋪貼2層玄武巖纖維布的效果良好。因此，可以根據實際使用情況選擇玄武巖纖維布的鋪貼方式和加固方式。

關鍵詞：玄武巖纖維布；鋪貼方式；加固方式；火災環境；受損混凝土；力學性能

中圖分類號：

TQ343+.4

文獻標志碼：

A文章編號：

1001-5922（2024）01-0094-04

Research on the application of basalt fiber cloth reinforcement technology in different fire-damaged concrete

CHEN Maohui

（Qihang （Shandong） investment and Construction Group Co.，Ltd.，Jinan 250100，China）

Abstract：In order to study the influence of basalt fiber cloth on the mechanical properties of damaged concrete，the evolution rules of concrete mechanical properties under different fire environments were discussed，and the influence of the number of reinforcement layers of basalt fiber cloth on the mechanical properties of damaged concrete was also studied.The test results showed that the decline rate of concrete compressive strength increased rapidly with the increase of ambient temperature.Paving basalt fiber cloth on the damaged concrete significantly improved the compressive strength of concrete，the effect was better when paving basalt fiber cloth all along the concrete section，and the effect was good when paving two layers of basalt fiber cloth every other layer.Therefore，the paving and reinforcement methods of basalt fiber cloth can be selected according to the actual situation.

Key words：basalt fiber cloth;paving method; reinforcement method;fire environment;damaged concrete;mechanical properties

混凝土是使用最常見的材料之一，但其使用的環境條件也十分復雜，進而對混凝土產生不同的影響［1-3］。建筑防火是目前研究的熱點之一，而混凝土在火災后的力學性能變化直接關乎著建筑結構的安全，因此需要采用特定的加固方法來提高火災損傷后混凝土的力學性能，增加人員逃生時間［4-6］。目前，有許多學者開展了此方面的研究，其主要通過碳纖維布、聚丙烯纖維布和玄武巖纖維布等材料來加固損傷后的混凝土，從而達到提高混凝土力學性能的目的［7-14］。基于此，采用相似的思路，主要研究了玄武巖纖維布不同的鋪貼方式和加固層數對受損混凝土力學性能的提升。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

試驗采用的水泥為山東問渠新材料科技有限公司生產的P·O.52.5R水泥，其主要化學組成成分如表1所示；中砂由湖南天成砂石有限公司生產，其砂粒徑在0～5 mm，飽和吸水率1.08%；碎石由湖南天成砂石有限公司生產，其粒徑為5～20 mm，飽和吸水率為0.32%，壓碎指標為2%；普通自來水。將上述材料按照水泥∶中砂∶碎石∶水=1∶0.73∶1.72∶0.35比例進行混合，配制C60混凝土。

玄武巖纖維布由北京喜卡復合材料科技有限公司生產，其抗拉強度為4 200 MPa，彈性模量為100 GPa，斷裂伸長率為3.2%。玄武巖纖維布和混凝土之間采用湖南固特邦土木技術發展有限公司生產的JN-C3P型固特邦結構膠進行粘貼，玄武巖纖維布的長、寬、厚度分別為100、20、2 mm，抗拉強度為52.6 MPa，彈性模量為2 900 GPa，斷裂伸長率為2.8%。

1.2 試驗方法

根據GB 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》制備100 mm的立方體混凝土試塊，并將成型后的混凝土試塊放入標準養護室內進行養護28 d，溫度（30±2）℃，相對濕度在95%以上。

火災環境：將制備好的混凝土放入生產的烘箱進行高溫環境模擬6 h，其環境溫度分別為30、70、100、200、400和600 ℃。將烘箱中的混凝土試塊取出，根據GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》對其進行力學性能測試。

玄武巖纖維布鋪貼方式：（1）沿混凝土高度方向全部鋪貼，即需要5塊玄武巖纖維布，記作A1；（2）沿混凝土高度方向間隔一層鋪貼，即需要3塊玄武巖纖維布，記作A2；（3）沿混凝土高度方向間隔2層鋪貼，即需要2塊玄武巖纖維布，記作A3。

玄武巖纖維布加固層數：（1）沿混凝土高度方向間隔一層鋪貼2層，即需要6塊玄武巖纖維布，記作B1；（2）沿混凝土高度方向間隔2層鋪貼2層，即需要4塊玄武巖纖維布，記作B2；（3）沿混凝土高度方向間隔2層鋪貼3層，即需要6塊玄武巖纖維布，記作B3。

2 結果與討論

2.1 不同火災環境下混凝土抗壓強度變化

將制備成型的混凝土放置烘箱中調節不同的溫度（30、70、100、200、400和600 ℃），分析混凝土的耐火性能，具體如圖1所示。

由圖1可知，隨著環境溫度的增加，混凝土的抗壓強度下降速率迅速增加，如當環境溫度為30 ℃時，混凝土的抗壓強度為62.4 MPa，基本上與基準混凝土的強度相同；當環境溫度為70 ℃時，混凝土的抗壓強度為59.1 MPa，相較于基準混凝土其強度下降5.29%；當環境溫度為100 ℃時，混凝土的抗壓強度為52.8 MPa，相較于基準混凝土其強度下降15.38%；當環境溫度為200 ℃時，混凝土的抗壓強度為43.7 MPa，相較于基準混凝土其強度下降29.97%；當環境溫度為400 ℃時，混凝土的抗壓強度為31.6 MPa，相較于基準混凝土其強度下降49.36%；當環境溫度為600 ℃時，混凝土的抗壓強度為15.3 MPa，相較于基準混凝土其強度下降75.48%。出現這一強度損傷的原因是混凝土在高溫環境下，其表面會出現剝落的現象，產生了質量損失率，從而降低了混凝土的抗壓強度［15-17］。

2.2 玄武巖纖維布鋪貼方式對受損混凝土抗壓強度變化

從圖1可以看出，隨著環境溫度的增加，混凝土的抗壓強度迅速降低，為了提高災后混凝土的抗壓強度，采用不同的玄武巖纖維布鋪貼方式來分析受損混凝土抗壓強度的變化，結果如圖2所示。

由圖2可知，在受損混凝土上鋪貼玄武巖纖維布能夠明顯的提高混凝土的抗壓強度，如當采用A1方案（沿混凝土高度方向全部鋪貼）時，在環境溫度為30 ℃時，混凝土的抗壓強度為86.4 MPa，提高了38.46%；當環境溫度為70 ℃時，混凝土的抗壓強度為79.3 MPa，提高了34.18%；當環境溫度為100 ℃時，混凝土的抗壓強度為70.2 MPa，提高了32.95%；當環境溫度為200 ℃時，混凝土的抗壓強度為65.9 MPa，提高了50.80%；當環境溫度為400 ℃時，混凝土的抗壓強度為42.3 MPa，提高了33.86%；當環境溫度為600 ℃時，混凝土的抗壓強度為22.4 MPa，提高了46.40%。可見，滿鋪玄武巖纖維布能夠有效的提高受損混凝土的抗壓強度。

從圖2還可看出，A1方案的效果要優于A2方案，A2方案的效果優于A3方案。如當環境為600 ℃時，A2方案的混凝土抗壓強度為19.5 MPa，A3方案的混凝土抗壓強度為16.8 MPa。這主要因為A1方案是沿混凝土截面滿鋪的，各玄武巖纖維布之間更具有連續性，因此更能提高混凝土的抗壓強度［18-20］。

2.3 玄武巖纖維布加固層數對受損混凝土抗壓強度變化

采用不同的玄武巖纖維布加固層數來分析其對受損混凝土抗壓強度的影響，結果如圖3所示。

由圖3可知，在受損混凝土上多鋪貼玄武巖纖維布能夠明顯的提高混凝土的抗壓強度，如當采用B1方案（沿混凝土高度方向間隔一層鋪貼2層），當環境溫度為30 ℃時，混凝土的抗壓強度為87.9 MPa，提高了40.87%；當環境溫度為70 ℃時，混凝土的抗壓強度為80.6 MPa，提高了36.38%；當環境溫度為100 ℃時，混凝土的抗壓強度為71.5 MPa，提高了35.42%；當環境溫度為200 ℃時，混凝土的抗壓強度為67.2 MPa，提高了53.78%；當環境溫度為400 ℃時，混凝土的抗壓強度為43.1 MPa，提高了36.39%；當環境溫度為600 ℃時，混凝土的抗壓強度為23.1 MPa，提高了50.98%。可見，加固玄武巖纖維布層數能夠有效的提高受損混凝土的抗壓強度。

從圖3還可看出，B1方案的效果優于B3方案，B3方案的效果優于B2方案。如當環境為600 ℃時，B2方案的混凝土抗壓強度為17.9 MPa；B3方案的混凝土抗壓強度為20.1 MPa。這主要因為B1方案是間隔一層鋪貼2層，其玄武巖纖維布對混凝土連續性的影響優于沿混凝土高度方向間隔2層鋪貼2層（B3）；B3方案的鋪貼方式與B2方案相同，但其玄武巖纖維布數量要多于B2方案，因此其混凝土的強度比B2方案的混凝土抗壓強度要高。

3 結語

（1）隨著環境溫度的增加，混凝土的抗壓強度下降速率迅速增加。當環境溫度為30 ℃時，混凝土的抗壓強度為62.4 MPa，基本上與基準混凝土的強度相同；當環境溫度為600 ℃時，混凝土的抗壓強度為15.3 MPa，相較于基準混凝土其強度下降75.48%;

（2）A1方案（沿混凝土高度方向全部鋪貼）的效果優于A2方案（沿混凝土高度方向間隔一層鋪貼），A2方案的效果優于A3方案（沿混凝土高度方向間隔2層鋪貼）。并且在A1方案中，當環境溫度為30 ℃時，混凝土的抗壓強度為86.4 MPa，提高了38.46%；當環境溫度為600 ℃時，混凝土的抗壓強度為22.4 MPa，提高了46.40%;

（3）B1方案（沿混凝土高度方向間隔一層鋪貼2層）的效果優于B3方案（沿混凝土高度方向間隔2層鋪貼3層），B3方案的效果優于B2方案（沿混凝土高度方向間隔2層鋪貼2層）。并且在B1方案中，當環境溫度為30℃時，混凝土的抗壓強度為87.9 MPa，提高了40.87%；當環境溫度為600 ℃時，混凝土的抗壓強度為23.1 MPa，提高了50.98%。

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