發(fā)布時(shí)間：2018-12-06 07:35

【摘要】：活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，簡(jiǎn)稱RPC)是一種高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性的新型材料。由于RPC具有優(yōu)異的耐久性，在鹽湖地區(qū)及海洋環(huán)境的房屋和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中具有應(yīng)用前景。由于RPC相對(duì)普通混凝土和高強(qiáng)混凝土具有更致密的微觀結(jié)構(gòu)和更低的滲透性，因此高溫下RPC的爆裂的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加。高溫下RPC的力學(xué)性能也未見系統(tǒng)的報(bào)道。高溫下混凝土爆裂和力學(xué)性能退化將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的毀損，甚至倒（坍）塌。因此，有必要對(duì)RPC的耐高溫性能進(jìn)行較系統(tǒng)的研究。 本文對(duì)高溫下啞鈴型試件、立方體試件、棱柱體試件等累計(jì)957個(gè)RPC試件進(jìn)行了高溫下試驗(yàn)，考察了爆裂影響因素、抑制爆裂措施、不同纖維種類和摻量、恒溫時(shí)間對(duì)RPC力學(xué)性能影響、RPC微觀結(jié)構(gòu)演化和高溫下質(zhì)量損失等。具體工作和成果為： (1)為考察高溫下RPC的爆裂行為，完成了RPC啞鈴型試件、立方體試件、棱柱體試件高溫下爆裂試驗(yàn)。結(jié)果表明：RPC爆裂風(fēng)險(xiǎn)隨含水率增加而增大；試件溫度梯度越大，爆裂風(fēng)險(xiǎn)越大，升溫速度和試件尺寸是影響試件溫度梯度的重要因素；溫度一定時(shí)，恒溫時(shí)間對(duì)RPC爆裂的影響不大；單摻聚丙烯（PP）纖維體積摻量不小于0.3%（2.73kg/m3），單摻鋼纖維不小于1%（78kg/m3），可有效防止RPC爆裂；單摻鋼纖維體積摻量為2%時(shí)，RPC爆裂臨界含水率為0.85%；合理選擇和涂置防火涂料，可減小RPC溫度，緩解RPC試件溫度梯度，，也可預(yù)防RPC爆裂。 (2)為了判斷過火的RPC所經(jīng)歷的最高溫度，為火災(zāi)后RPC結(jié)構(gòu)提供損傷評(píng)估和修復(fù)依據(jù)，提出了通過RPC試件顏色變化、裂紋狀況和試件敲擊聲音等來推斷過火RPC所經(jīng)歷的最高溫度的方法。RPC試件高溫后顏色隨經(jīng)歷溫度變化為：過火溫度20~200℃為青灰色，過火溫度300~400℃為棕褐色，過火溫度500℃為淡紅灰色，過火溫度600℃為黑褐色，過火溫度700℃為灰白色，過火溫度800℃為黃白色。摻加PP纖維RPC、摻加鋼纖維RPC和復(fù)摻纖維（PP纖維和鋼纖維）RPC試件外觀特征變化規(guī)律相似，纖維種類和摻量對(duì)試件顏色變化影響不大。當(dāng)外觀顏色基本相近時(shí)，可通過敲擊聲音判別過火RPC所經(jīng)歷最高溫度的相對(duì)高低，試驗(yàn)結(jié)果表明，所經(jīng)歷的溫度越高，敲擊聲音越沉悶。 (3)為了評(píng)價(jià)高溫下RPC構(gòu)件的抗火安全性，考察了高溫下RPC力學(xué)性能的退化行為。對(duì)高溫下27個(gè)素RPC、81個(gè)單摻PP纖維RPC、81個(gè)單摻鋼纖維RPC和81個(gè)復(fù)摻纖維RPC立方體試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。對(duì)常溫下9個(gè)和高溫下36個(gè)單摻鋼纖維RPC棱柱體試件、常溫下9個(gè)和高溫下36個(gè)復(fù)摻纖維RPC棱柱體試件分別進(jìn)行軸心受壓試驗(yàn)。對(duì)高溫下27個(gè)素RPC、81個(gè)單摻PP纖維RPC、81個(gè)單摻鋼纖維RPC和81個(gè)復(fù)摻纖維RPC啞鈴型試件進(jìn)行抗拉試驗(yàn)。獲得了纖維種類及摻量對(duì)不同溫度下RPC力學(xué)性能的影響規(guī)律；提出了合理考慮纖維種類和摻量影響的高溫下RPC立方體抗壓強(qiáng)度、棱柱體抗壓強(qiáng)度、啞鈴型試件抗拉強(qiáng)度、彈性模量和峰值壓應(yīng)變計(jì)算公式。獲得了合理考慮纖維種類和摻量影響的高溫下RPC單軸受壓應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系。并對(duì)摻加不同纖維種類、不同纖維摻量的RPC力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比分析。 (4)恒溫時(shí)間是指試件中心溫度達(dá)到目標(biāo)溫度后繼續(xù)保持該溫度的時(shí)間。恒溫時(shí)間對(duì)材料和構(gòu)件高溫力學(xué)性能的影響，是工程界關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。針對(duì)這一問題，通過45個(gè)RPC棱柱體試件，考察了恒溫時(shí)間對(duì)棱柱體抗壓性能的影響。結(jié)果表明：200~400℃時(shí)，恒溫1小時(shí)和3小時(shí)RPC棱柱體抗壓強(qiáng)度高于未經(jīng)恒溫試件；400~600℃時(shí)，恒溫時(shí)間對(duì)棱柱體抗壓強(qiáng)度的影響為：未經(jīng)恒溫棱柱體抗壓強(qiáng)度恒溫1小時(shí)棱柱體抗壓強(qiáng)度恒溫3小時(shí)棱柱體抗壓強(qiáng)度；800℃時(shí)，恒溫時(shí)間對(duì)棱柱體抗壓強(qiáng)度的影響為：未經(jīng)恒溫棱柱體抗壓強(qiáng)度恒溫1小時(shí)棱柱體抗壓強(qiáng)度恒溫3小時(shí)棱柱體抗壓強(qiáng)度。20~400℃時(shí)由于摻合料中活性SO2與Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng)導(dǎo)致RPC抗壓強(qiáng)度隨恒溫時(shí)間增加而升高，400~600℃時(shí)由于結(jié)合水蒸發(fā)和Ca(OH)2的分解導(dǎo)致孔洞和裂縫增加，其抗壓強(qiáng)度隨恒溫時(shí)間的增加而降低，800℃時(shí)由于持續(xù)高溫使得RPC發(fā)生燒結(jié)作用，抗壓強(qiáng)度隨恒溫時(shí)間的增加而升高。溫度不高于600℃時(shí)不同恒溫時(shí)間的RPC彈性模量和峰值應(yīng)變相差不大，但800℃時(shí)恒溫3小時(shí)RPC的彈性模量相比未經(jīng)恒溫RPC和恒溫1小時(shí)RPC彈性模量有小幅度增加，而恒溫3小時(shí)RPC的峰值應(yīng)變卻急劇減小。參考單摻鋼纖維RPC應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線方程，建立了高溫下不同恒溫時(shí)間RPC的受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線方程。 (5)利用掃描電子顯微鏡(SEM)試驗(yàn)、XRD衍射試驗(yàn)和壓汞試驗(yàn)(MIP)分析手段，研究了RPC微觀結(jié)構(gòu)形貌、裂縫和纖維變化、礦物組成及相變反應(yīng)和孔結(jié)構(gòu)演化隨經(jīng)歷溫度的變化規(guī)律。結(jié)果表明：溫度小于400℃時(shí)，摻合料中的活性SO2與Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng)導(dǎo)致C S H數(shù)量增加。溫度超過400℃時(shí)，可以觀察到微小裂縫，800℃時(shí)RPC出現(xiàn)大量的孔洞和裂縫，微觀結(jié)構(gòu)變得酥松和粗糙。常溫下PP纖維與基體粘結(jié)緊密，界面區(qū)完整密實(shí)；溫度超過200℃時(shí)，PP纖維熔化后的孔洞和連通網(wǎng)絡(luò)有利于水蒸汽的逸出，從而降低爆裂風(fēng)險(xiǎn)。鋼纖維與基體粘結(jié)處的裂縫寬度隨溫度升高而增加，鋼纖維在800℃時(shí)完全氧化。RPC微觀結(jié)構(gòu)隨溫度升高而逐漸劣化，是其宏觀力學(xué)性能隨溫度升高而退化的根本原因。SO2含量隨溫度升高先減小再升高，斜方鈣沸石的含量和峰值隨溫度升高而降低，800℃時(shí)RPC中的C S H分解是β-C2S和C3S含量增加的主要原因。RPC的孔徑和孔隙率隨溫度升高而增加，相對(duì)普通混凝土和高強(qiáng)混凝土，RPC具有更小的孔徑和更低的孔隙率。通過熱重 差熱(TG DSC)分析研究了高溫下RPC質(zhì)量損失和吸熱放熱反應(yīng)，在170℃、600℃和780℃時(shí)吸熱峰的出現(xiàn)是分別由于PP纖維熔化、SO2晶型轉(zhuǎn)變和C S H分解導(dǎo)致的。 (6)在大量試驗(yàn)和分析的基礎(chǔ)上，對(duì)高溫下RPC爆裂的判別方法、爆裂預(yù)防措施、高溫下力學(xué)性能等進(jìn)行了總結(jié)。為RPC構(gòu)件抗火驗(yàn)算提供了素材。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2365671