摘要：針對高性能混凝土的防火、抗爆裂性能低的特點(diǎn)，采用低熔點(diǎn)（聚丙烯纖維）及高熔點(diǎn)纖維（鋼纖維）混雜的方法，對高性能混凝土高溫性能（抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度，抗爆裂性能）進(jìn)行改善。研究表明，800℃ 時(shí)，混雜纖維混凝土的抗折強(qiáng)度剩余率約15% ，明顯高于基準(zhǔn)混凝土的抗折強(qiáng)度剩余率（約6%）；抗壓強(qiáng)度剩余率約15%，與基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度剩余率相當(dāng)（約15%）；劈裂抗拉強(qiáng)度剩余率約20% ，明顯高于基準(zhǔn)混凝土的抗折強(qiáng)度剩余率（約10%）。另外混雜纖維明顯提高了混凝土的抗爆裂性能，同時(shí)分析了混雜纖維改善高性能混凝土高溫性能的作用機(jī)理。
關(guān)鍵詞： 昆雜纖維；高性能混凝土；高溫性能；抗爆裂性
20世紀(jì)70年代，很多學(xué)者對普通混凝土高溫性能的研究表明，混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)受熱過程中可能發(fā)生毀壞性爆裂，對于脆性和密度更大、滲透性更低的一般高強(qiáng)高性能混凝土，爆裂更易產(chǎn)生，導(dǎo)致材料強(qiáng)度損失甚至構(gòu)件坍塌，而且壓應(yīng)力越大，這種破壞越嚴(yán)重，日本最近的研究表明，在混凝土內(nèi)摻人一定量聚丙烯纖維可以起到防爆作用，歐洲一些學(xué)者的試驗(yàn)也證明了這點(diǎn)。基于這些研究成果，筆者采用低熔點(diǎn)（聚丙烯纖維）及高熔點(diǎn)纖維（鋼纖維）混雜，從增強(qiáng)混凝土高溫力學(xué)性能及防爆裂方面進(jìn)行了研究。同時(shí)分析了混雜纖維改善高性能混凝土高溫力學(xué)性能及抗爆裂性能的作用機(jī)理。
1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)原材料
1.1.1 水泥
試驗(yàn)中采用浙江三獅42.5級普通硅酸鹽水泥，其物理性能指標(biāo)列于表1。
1.1.2 粉煤灰
試驗(yàn)中采用粉煤灰為匯能II型復(fù)合粉煤灰，其物理力學(xué)性能指標(biāo)見表2。
1.1.3 粗骨料
玄武巖碎石，粗骨料為5～20 mm連續(xù)級配碎石。
1.1.4 細(xì)骨料
福建閩江砂，中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，密度為2.65 g。cm3。
1.1.5 減水劑
試驗(yàn)采用GraceS20高效減水劑，減水率大于20% 。
1.1.6 鋼纖維
Harex鋼絲鋼纖維：l=30mm，d=0.60 mrn，l／d=50（端鉤型）。
1.1.7 聚丙烯纖維
本試驗(yàn)采用長堅(jiān)聚丙烯纖維，其技術(shù)指標(biāo)見表3。
本試驗(yàn)研究用各高性能混凝土配合比lf}計(jì)見表4。
1.2 試驗(yàn)方法
試件尺寸：150 mrn×150mrn×150 mm（抗壓強(qiáng)度、破裂抗拉強(qiáng)度）；150 mm×150 mm×550 mm（抗折強(qiáng)度）。
試件成型后，經(jīng)過24 h室溫下養(yǎng)護(hù)脫模，然后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至60 d，再在常溫下放置1 d后進(jìn)行高溫試驗(yàn)。高溫試驗(yàn)所用電爐的升溫曲線如圖1所示。本電爐的最高溫度可達(dá)1 100℃ ，爐膛溫度可自動控制，達(dá)到指定溫度后恒溫2 h。采用正常升溫方式，即把混凝土從初始溫度直接升到目標(biāo)溫度（本文規(guī)定的目標(biāo)溫度為400，800，1 000℃）。冷卻方式采用爐內(nèi)自然冷卻。摻混雜纖維混凝土抗爆裂陛能影響試驗(yàn)溫度為800℃和1 000℃。
2 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 混雜纖維對高溫下混凝土抗折強(qiáng)度的影響
從圖2可知，同配比的HF，PF，HPF的抗折強(qiáng)度較JF的高，在200℃前JF的抗折強(qiáng)度隨溫度升高而降低的速度比HF，PF，HPF的慢，PF抗折強(qiáng)度降低的速度最快。在200～400℃范圍內(nèi)，JF的抗折強(qiáng)度隨溫度升高而降低的速度比HF，PF，HPF的快?；炷吝_(dá)到800℃高溫時(shí)，JF與HF，PF的抗折強(qiáng)度相差不多，剩余抗折強(qiáng)度約為常溫混凝土抗折強(qiáng)度的6%左右，而HPF的抗折強(qiáng)度剩余率約為15%，之所以出現(xiàn)上述現(xiàn)象，是因?yàn)榫郾├w維的熔點(diǎn)為165℃ ，隨著溫度超過熔點(diǎn)，纖維將會揮發(fā)逸出，則聚丙烯纖維對抗折強(qiáng)度所起的作用將消失，特別是纖維揮發(fā)會在混凝土中引入一定數(shù)量的孔道，因此對混凝土的抗折強(qiáng)度不利。在200-400℃范圍內(nèi)，混凝土由于受到高溫的作用，內(nèi)部蒸汽壓急劇增加，基準(zhǔn)混凝土（JF）中由于沒有纖維揮發(fā)時(shí)形成的孔道，所以抗折強(qiáng)度急劇降低。到溫度升高到一定程度時(shí)，纖維揮發(fā)殆盡，導(dǎo)致HF，PF，HPF與JF的抗折強(qiáng)度隨溫度的變化趨同。
2。2 混雜纖維對高溫下混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
從圖3可以看出，jF，PF常溫下的抗壓強(qiáng)度相差不大，HF， F的抗壓強(qiáng)度高于JF，約為15%左右。隨著溫度升高，JF，PF。HF， F抗壓強(qiáng)度的變化趨勢相同，而且抗壓強(qiáng)度降低的速度也相差不大。
2。3 混雜纖維對高溫下混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響
由圖4可知，在常溫下，JF，PF常溫下的劈裂抗拉強(qiáng)度相差不大，HF，HPF的劈裂抗拉強(qiáng)度高于JF，約為20%左右。當(dāng)溫度升高到800℃ 時(shí)，JF，PF的劈裂抗拉強(qiáng)度剩余率約為10%左右，而HF，HPF的剩余率約為20%左右。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是，由于鋼纖維的存在，提高了高溫下混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度剩余率，由此可以看出，摻加鋼纖維可以提高 昆凝土高溫后的抗拉性能。
2。4 混雜纖維對混凝土抗爆裂性能的影響
圖5，6分別800℃及1000℃下，混雜纖維及聚丙烯纖維改善混凝土抗爆裂性能對比圖。
從圖5，6可知摻有聚丙烯纖維及混雜纖維混凝土的抗爆裂性能明顯優(yōu)于不摻纖維及只摻鋼纖維的混凝土。
3 混雜纖維改善混凝土高溫性能的機(jī)理探討
一般認(rèn)為混凝土受熱爆裂的過程，就是混凝土中水分從混凝土內(nèi)部逸出的過程。隨著溫度的升高，混凝土強(qiáng)度損失的速率增加，600℃時(shí)強(qiáng)度會損失50%，800℃ 時(shí)強(qiáng)度損失在80%左右。對于高強(qiáng)度混凝土，由于其密實(shí)度高，孔隙率低，蒸發(fā)通道不暢，使水不能足夠快地逸出，從而產(chǎn)生幾乎達(dá)到飽和蒸汽壓的過高蒸汽分壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過混凝土抗張強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土不能抵御這種過大的內(nèi)部壓力而發(fā)生爆裂，水的熱動力學(xué)也表明，孔中壓力增加將導(dǎo)致表面保護(hù)層的爆炸性破壞。
高性能混凝土加入混雜纖維后，情況發(fā)生了變化。當(dāng)溫度為180℃，混凝土還處于自蒸階段時(shí)，內(nèi)部壓力還不大，由于聚丙烯纖維的熔點(diǎn)極低，在該溫度下已經(jīng)熔化，但因其液態(tài)體積遠(yuǎn)小于固態(tài)所占空問，于是形成眾多小孔隙，并由于聚丙烯纖維分散的均勻性及纖維細(xì)小而量又多，使得混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，孔隙的連通性加強(qiáng)，為混凝土內(nèi)部水分的分解蒸發(fā)提供了通道，也就緩解了由于水分膨脹所形成的分壓，使內(nèi)部壓力大大降低，從而防止了爆裂的產(chǎn)生。此外，混凝土中加入的鋼纖維卻能發(fā)揮其抗拉作用，當(dāng)溫度達(dá)到450℃時(shí)，雖異形鋼纖維與混凝土問的粘結(jié)力將降低20%以上，但在一定程度上仍對混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展起約束作用，這就使得混凝土完整性在一定程度上仍能保持。并使得混凝土強(qiáng)度的降低幅度不大，高溫后仍有較高的強(qiáng)度，但混凝土的耐久性則由于混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的改變而大大降低。
4 結(jié)論
（1）在高溫下，混雜纖維能有效地阻止混凝土產(chǎn)生爆裂，并能較好地保持混凝土的完整性。高溫后仍能承受較高荷載，在800℃高溫下，混雜纖維混凝土的抗折強(qiáng)度剩余率為10%左右；劈裂抗拉強(qiáng)度剩余率為20%左右。
（2）高溫下，混雜纖維混凝土中聚丙烯纖維熔化后留下若干孔洞，形成高壓蒸汽的排出通道，阻止了爆裂的產(chǎn)生，但也因此削弱了混凝土強(qiáng)度，并形成了外部介質(zhì)入侵的連通性通道，從而大大降低了混凝土的耐久性。
（3）在溫度超過一定范圍時(shí)，基準(zhǔn)混凝土與混雜纖維混凝土的抗折性能變化趨勢一致。
（4）混雜纖維混凝土可用于有防火要求的重要結(jié)構(gòu)中，并對火后鋼筋繼續(xù)起到保護(hù)作用，擴(kuò)大了高性能混凝土的應(yīng)用范圍。
