第 1 章  緒論

1.1 前言 
火是人類從事各類生產(chǎn)、生活的重要工具，它見證并且推動(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展，人類社會(huì)不能沒有火的存在。然而俗話說水火無情，也就是說火既可以助人為樂，也可以謀財(cái)害命。中國(guó)古代把火納入“五行”，主禮。究其原因，大概是因?yàn)槿绻稹岸Y貌”的話就可以造福一方，如果“不講禮貌”就能形成火災(zāi)，貽害四方。由此可見，火是一把雙刃劍，人們必須合理使用火這種工具，并且研究火災(zāi)發(fā)展規(guī)律，為人類發(fā)展未雨綢繆。 火災(zāi)發(fā)生概率大，造成的損失也大，是威脅人類的最大災(zāi)害之一。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)[1], [2]，2004~2013 年，我國(guó)年均發(fā)生火災(zāi) 19.49 萬起，直接財(cái)產(chǎn)損失 19.51  億元，因?yàn)?zāi)死亡 1661人，受傷 1281 人。表 1-1 和圖 1-1、圖 1-2 分別給出了從 2004 年至 2013 年火災(zāi)情況統(tǒng)計(jì)。 從表 1-1、圖 1-1 和圖 1-2 可以看出，，自 2004 年至 2013 年，火災(zāi)所造成的經(jīng)濟(jì)損失逐年攀增。其中，自 2004 年至 2012 年，火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、傷亡人數(shù)呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)。但 2013 年火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失、傷亡人數(shù)均呈現(xiàn)出猛增勢(shì)頭，每天約發(fā)生 1065.3起火災(zāi)，經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 1327.9 萬元，死亡 5.8 人，傷 4.5 人。也就是說，在消防疏散性能化設(shè)計(jì)越來越合理，消防設(shè)備越來越先進(jìn)，救援設(shè)施越來越可靠的今天，火災(zāi)發(fā)生規(guī)律依然呈現(xiàn)出不可預(yù)估性。因此，我們必須防患于未然，做好各類防范措施，秉承生命至上的理念，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，爭(zhēng)取把人民生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低。建筑火災(zāi)所造成的火災(zāi)損失高居各類火災(zāi)之首[3]。據(jù)參考文獻(xiàn)[1]、[2]分析得知，建筑火災(zāi)引火源除家具、設(shè)備等常規(guī)易燃品外，建筑構(gòu)件和建筑材料占很大比重，約占整個(gè)室內(nèi)引火源的 15%。近年來，我國(guó)各地區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)飛速發(fā)展，大量的建筑如雨后春筍層出不窮，加之人們?cè)絹碓阶⒅厥覂?nèi)外裝修效果，大量使用易燃的裝修材料，導(dǎo)致火災(zāi)頻發(fā)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前比較主要的房屋結(jié)構(gòu)類型。混凝土這種材料雖然具有熱惰性，但是在高溫作用下，鋼筋和混凝土的強(qiáng)度、彈性模量等均呈現(xiàn)劣化趨勢(shì)。另外，由于高溫作用使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，造成結(jié)構(gòu)同時(shí)承受外荷載及溫度作用共同作用，加重了整個(gè)結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)，進(jìn)而降低了結(jié)構(gòu)承載能力，最終可能導(dǎo)致構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的破壞。 
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1.2 課題研究背景
近年來，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑業(yè)更是日新月異。一時(shí)間，似乎高樓大廈的落成總是伴隨著老舊房屋的拆除，這就產(chǎn)生了大量建筑垃圾。根據(jù)報(bào)道，美國(guó)廢棄的混凝土年產(chǎn)量達(dá)到了 1.5 億噸[4]，日本廢棄的混凝土年產(chǎn)量約 1.1 億噸[5]。而在我國(guó)，以 2005 年為例，廢棄的混凝土量達(dá)到了 1 億噸[6]�！吨袊�(guó)建筑垃圾資源產(chǎn)業(yè)化(2014 年度)發(fā)展報(bào)告》中提到，隨著近幾年我國(guó)建筑業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)每年產(chǎn)生的建筑垃圾總量超過了 15.5 億噸，占城市垃圾的比例達(dá)到了 40%。 除了老舊房屋拆除所產(chǎn)生的建筑垃圾之外，自然災(zāi)害也是產(chǎn)生建筑垃圾的原因之一。例如 2008 年汶川特大地震造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，與此同時(shí)還導(dǎo)致大規(guī)模建筑物、道路、橋梁等設(shè)施的破壞。據(jù)有統(tǒng)計(jì)，此次地震造成了大約 530 多萬間房屋倒塌，2143 萬間損毀，有 1300 余萬人需轉(zhuǎn)移安置，據(jù)此估計(jì)此次地震所產(chǎn)生的建筑垃圾約 3 億噸[7]。 對(duì)建筑垃圾進(jìn)行如填埋、隨意傾倒等粗狂式的處理，不僅會(huì)導(dǎo)致占據(jù)土地，阻塞河道等后果，甚至還會(huì)引起揚(yáng)塵，污染水土資源，破壞環(huán)境，從而導(dǎo)致環(huán)境惡化等嚴(yán)重惡果。我國(guó)對(duì)建筑垃圾已經(jīng)開展大量預(yù)防和整治工作�！吨腥A人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》中明確了我國(guó)對(duì)固體廢棄物污染防治的基本原則，即處理固體廢棄物污染防治的“減量化、資源化、無害化”的“三化”原則[8]，這也是我國(guó)在建筑垃圾管理領(lǐng)域的基本技術(shù)政策�！吨袊�(guó)建筑垃圾資源化產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2014 年度）》提出了我國(guó)在“十三五”時(shí)期建筑垃圾資源化的目標(biāo)和重點(diǎn)任務(wù)：一是要大力發(fā)展與建筑垃圾資源化相關(guān)的產(chǎn)業(yè)；二是要制定、修改和完善關(guān)于建筑垃圾處理利用的相關(guān)法律法規(guī)和制度體系；三是要達(dá)到一定的目標(biāo)，即在“十三五期間”大型和中等城市的建筑垃圾資源化利用率要達(dá)到 60%，其他城市要達(dá)到 30%。由此可見，我國(guó)下一步將大力發(fā)展建筑垃圾處理產(chǎn)業(yè)，為實(shí)現(xiàn)青山、綠水、藍(lán)天打下牢固基礎(chǔ)。 建筑垃圾資源化是指從建筑垃圾中回收有再使用價(jià)值的物品或利用某些物質(zhì)產(chǎn)生新的物質(zhì)。它包括物資回收、物質(zhì)轉(zhuǎn)換、能量轉(zhuǎn)換三方面的內(nèi)容。  對(duì)廢舊混凝土進(jìn)行回收利用，不僅可以避免建筑業(yè)對(duì)天然砂石等原材料過度依賴，還能減輕對(duì)自然環(huán)境的影響和破壞。因此，研究再生混凝土對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。
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第 2 章  常溫下與高溫下再生混凝土單向板試驗(yàn)方案 

2.1 試驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)
研究不同骨料取代率（r）的再生骨料混凝土單向板在常溫下與高溫下的受力和變形性能，為再生骨料混凝土板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并為普通混凝土板和再生混凝土板在火災(zāi)后的工作性能提供參考依據(jù)。（1）實(shí)測(cè)常溫下鋼筋強(qiáng)度； （2）實(shí)測(cè)常溫下和高溫后不同骨料取代率的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度； （3）進(jìn)行常溫下不同骨料取代率的再生混凝土單向板承載力試驗(yàn)； （4）進(jìn)行高溫下不同骨料取代率的再生混凝土單向板耐火試驗(yàn)。
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2.2 試驗(yàn)場(chǎng)地和設(shè)備選擇 
（1）在北京市朝陽區(qū)三間房水泥構(gòu)件廠進(jìn)行構(gòu)件制作、試塊留取、養(yǎng)護(hù)。 （2）在建研科技股份有限公司結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室進(jìn)行材料力學(xué)性能試驗(yàn)和再生混凝土單向板承載力試驗(yàn)。 （3）在中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑安全與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行再生混凝土單向板耐火試驗(yàn)。 （4）所用設(shè)備有萬能試驗(yàn)機(jī)、50t 壓力試驗(yàn)機(jī)、壓力傳感器、水平燃燒爐、位移采集儀、溫度采集儀、起重機(jī)等。 
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第 3 章 受高溫作用的混凝土和鋼筋的力學(xué)性能研究與試驗(yàn) ........ 20 
3.1 高溫下與高溫后普通混泥土的力學(xué)性能研究 ........... 20 
3.1.1 高溫下普通混凝土力學(xué)性能 .......... 20 
3.1.2 高溫后普通混凝土力學(xué)性能 .......... 22 
3.2 高溫后再生混泥土的力學(xué)性能研究 ......... 24
3.3 高溫下與高溫后鋼筋的力學(xué)性能研究 ..... 25 
3.3.1 高溫下鋼筋的力學(xué)性能 ......... 25 
3.3.2 高溫后鋼筋的力學(xué)性能 .........28 
3.4 高溫下與高溫后鋼筋和普通混凝土的粘結(jié)性能研究 ........ 29 
3.5 常溫下與高溫后再生混凝土和鋼筋力學(xué)性能試驗(yàn) ............ 30
3.6 本章小結(jié) ........ 35 
第 4 章 常溫下再生混凝土單向板承載力試驗(yàn)與結(jié)果分析 ............ 36 
4.1 各測(cè)點(diǎn)位置與編號(hào) .......... 36 
4.2 加載過程與試驗(yàn)現(xiàn)象 ...... 37
4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 ......... 43
4.4 本章小結(jié) ........ 50  
第 5 章 高溫下再生混凝土單向板耐火試驗(yàn)與結(jié)果分析 ....... 51 
5.1 板的安裝與就位 ..... 51 
5.2 試驗(yàn)過程與試驗(yàn)現(xiàn)象 ...... 52
5.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 ......... 55
5.4 本章小結(jié) ........ 65 

第 5 章  高溫下再生混凝土單向板耐火試驗(yàn)與結(jié)果分析 

5.1 板的安裝與就位 

按前述 2.4.2 相關(guān)計(jì)試驗(yàn)劃進(jìn)行安裝。在試驗(yàn)開始前，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行了外觀檢查，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件完整，基本沒有掉角、開裂等現(xiàn)象，尺寸和熱電偶預(yù)埋位置準(zhǔn)確。與此同時(shí)檢測(cè)了混凝土抗壓強(qiáng)度，待混泥土強(qiáng)度達(dá)到 100%抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值后進(jìn)行吊裝和運(yùn)輸。構(gòu)件運(yùn)至中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑安全與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室后，將與板同條件養(yǎng)護(hù)的同配合比的試塊擺放在燃燒爐內(nèi)，然后將構(gòu)依次吊裝至燃燒爐上方就位，板兩端支撐長(zhǎng)度 150mm，為簡(jiǎn)支式。 待單向板安裝就位后，在每塊板上方擺放加載塊。加載量按《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中要求的預(yù)加荷載不超過設(shè)計(jì)開裂荷載的 70%進(jìn)行加載。以下公式是關(guān)于開裂荷載的計(jì)算方法：以上兩種方法計(jì)算的開裂荷載值見表 5-1。若按照開裂荷載的 70%計(jì)算的話，應(yīng)當(dāng)在每塊板上布置不超過 17.70KN 的加載塊。為了保證安全，同時(shí)也是根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的相關(guān)要求，本試驗(yàn)預(yù)加荷載的加載量定為 6KN/板，即 2KN/m2。構(gòu)件安裝效果見 2.4.2 圖 2-10。待各個(gè)板均安裝完畢后進(jìn)行接線工作，將預(yù)埋熱電偶與數(shù)據(jù)采集儀相連。同時(shí)，在每塊板跨中位置布置 1 個(gè)量程為 20cm 的電子位移計(jì)。由于板的受熱應(yīng)當(dāng)是單面受火，為了保證混凝土板受熱過程中板側(cè)不受熱，在試驗(yàn)開始前用石棉將板與板之間以及板與燃燒爐之間進(jìn)行填塞。待全部構(gòu)件安裝完畢，各個(gè)儀表讀數(shù)正常后，人員撤離至安全地帶，進(jìn)行點(diǎn)火作業(yè)，按照標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線進(jìn)行加溫 1.5 小時(shí)，中途不停止，直至試驗(yàn)結(jié)束。按照事先制定的計(jì)劃，本文對(duì) NCB-2、RCB-2、RCB-4、RCB-6 四種不同再生骨料取代率的再生混凝土單向板進(jìn)行了高溫下的耐火試驗(yàn)。表 5-2 和圖 5-1 是本文試驗(yàn)實(shí)際升溫曲線與 ISO834 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線的對(duì)比。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)本文試驗(yàn)的爐內(nèi)升溫曲線與標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線差異很小，這說明爐溫控制得當(dāng)，所取得的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)當(dāng)是準(zhǔn)確有效的。 通過比對(duì)可以看出，本試驗(yàn)爐溫升溫完全符合《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》中關(guān)于爐溫控制的相關(guān)要求。 

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結(jié)論 

本文通過研究總結(jié)近年來再生混凝土和普通混凝土結(jié)構(gòu)在材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)耐火性能方面的相關(guān)內(nèi)容，了解到國(guó)內(nèi)外在普通混凝土結(jié)構(gòu)耐火方面已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但對(duì)再生混凝土結(jié)構(gòu)的耐火研究還不是很多，因此本文通過試驗(yàn)研究了再生混凝土單向板的耐火性能。 本文制作了 8 塊混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C40 的再生骨料取代率不同的混凝土單向板，其中 4 塊進(jìn)行了常溫下的承載力試驗(yàn)，另外 4 塊進(jìn)行了高溫下的耐火試驗(yàn)。除此之外，本文還做了材性試驗(yàn)。主要研究結(jié)論如下：在材料研究方面，總結(jié)了前人的研究成果并進(jìn)行了部分試驗(yàn)。根據(jù)這些成果和試驗(yàn)得到如下結(jié)論： 常溫下混凝土的抗壓強(qiáng)度與再生骨料取代率有關(guān)。再生骨料取代率越大，抗壓強(qiáng)度越小。再生粗骨料取代率為 40%的混凝土抗壓強(qiáng)度與普通混凝土相差不大。全再生粗骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度大約是普通混凝土的 91.6%； 高溫下普通混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量均有所降低，且彈性模量的下降幅度更大。混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著溫度的升高而不斷降低，但 200～300℃時(shí)抗壓強(qiáng)度變化不明顯； 高溫后普通混凝土、再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量均有所降低，但降低幅度并不相同。本文通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷高溫作用的全再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度下降幅度最�。� 高溫下與高溫后鋼筋的屈服強(qiáng)度、抗拉極限強(qiáng)度和彈性模量均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，且彈性模量降低幅度更大。
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參考文獻(xiàn)(略) 

本文編號(hào)：220468