楊婷 劉中憲 楊燁凱 吳成清

摘要：通過對超高性能混凝土進(jìn)行高溫加熱和高溫作用后立方體抗壓強度試驗，研究了超高性能混凝土高溫作用后的表觀特征、質(zhì)量損失及力學(xué)性能。對比了單摻鋼纖維、單摻聚丙烯纖維和混摻鋼纖維和聚丙烯纖維對超高性能混凝土高溫爆裂的抑制效果，考察了溫度、纖維種類和摻量、骨料（石英砂和鋼渣）對超高性能混凝土強度的影響。試驗結(jié)果表明：混摻1%鋼纖維和2%聚丙烯纖維能有效抑制超高性能混凝土高溫爆裂，在高溫作用后依舊保持完整形態(tài);鋼渣骨料混雜纖維超高性能混凝土具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，在1 000 ℃高溫作用后仍能保持67%的殘余強度;隨著溫度的升高，超高性能混凝土立方體抗壓強度整體上表現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律;在目標(biāo)溫度超過600 ℃時，高溫增強了超高性能混凝土的延性。

關(guān)鍵詞：超高性能混凝土;高溫;質(zhì)量損失;力學(xué)性能

中圖分類號：TU541 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：20966717（2020）03011512

Abstract： The apparent characteristics， mass loss and mechanical properties of ultrahigh performance concrete after exposure to high temperature were studied through the high temperature heating test and the cubic compressive strength test. The effects of steel fiber， polypropylene fiber， steel fiber and polypropylene fiber on cracking suppression of ultrahigh performance concrete were compared. The effects of temperature， fiber type and content， aggregate （quartz sand and steel slag） on the strength of ultrahigh performance concrete were investigated. The test results show that 1% steel fibers and 2% polypropylene fibers can effectively restrain high temperature explosion behavior， and the specimen remains intact after high temperature. Ultrahigh performance concrete with steel slag aggregate and hybrid fiber has excellent high temperature mechanical properties， the residual strength of 67% can still be maintained after being exposed to high temperature at 1 000 ℃. With the increase of temperature， the cubic compressive strength of ultrahigh performance concrete increases first and then decreases. High temperature enhances the compressive ductility of ultrahigh performance concrete when the target temperature is more than 600 ℃.

Keywords：ultrahigh performance concrete; high temperature; mass loss; mechanical property

超高性能混凝土（UltraHigh Performance Concrete，簡稱UHPC）因高強度、高韌性、高耐久性等優(yōu)異的力學(xué)性能而被逐步應(yīng)用到實際工程中。UHPC致密的微觀結(jié)構(gòu)和較低的滲透性，在提升自身力學(xué)性能的同時，受熱爆裂的風(fēng)險也相應(yīng)提高[12]。近年來，世界范圍內(nèi)火災(zāi)頻繁發(fā)生，造成的損失不可估量，而UHPC往往用在重要結(jié)構(gòu)或關(guān)鍵節(jié)點，其防火性能的優(yōu)劣將直接影響建筑物的安全性。因此，有必要對UHPC高溫性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，以解決其高溫爆裂和力學(xué)性能退化問題。

21世紀(jì)初，學(xué)者們[35]對UHPC開展了高溫?fù)p傷爆裂數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)UHPC在火災(zāi)條件下易發(fā)生爆裂。Liu等[6]對大擴展度UHPC進(jìn)行了一系列抗火試驗，得出UHPC抗壓強度隨溫度作用時間的延長而不斷降低，500 ℃高溫持續(xù)作用120 min后，抗壓強度降為常溫時的55%。李傳習(xí)等[7]研究發(fā)現(xiàn)，鋼纖維可以改善混凝土力學(xué)性能。Tai等[8]研究表明：UHPC中鋼纖維摻量越大，其彈性模量越大，且彈性模量隨溫度的升高單調(diào)降低。楊少偉等[9]發(fā)現(xiàn)鋼纖維UHPC與無鋼纖維UHPC高溫作用后動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線類似。劉紅彬等[10]發(fā)現(xiàn)增加鋼纖維摻量不能抑制UHPC爆裂的發(fā)生。而楊娟等[11]通過對不同纖維類型UHPC的研究表明，鋼纖維可以改善UHPC高溫爆裂性能，端鉤型普通工業(yè)鋼纖維最有利于提高UHPC高溫抗爆裂性能。學(xué)者們[1217]發(fā)現(xiàn)聚合物纖維顯著影響UHPC高溫爆裂性能。Sun等[14]研究表明，在UHPC中摻入0.2%聚丙烯纖維可有效抑制高溫爆裂現(xiàn)象發(fā)生。Poon等[16]研究表明，在溫度超過600 ℃時，聚丙烯纖維UHPC抗壓強度急劇下降，聚丙烯纖維失去其積極影響作用。Sanchayan等[17]研究發(fā)現(xiàn)，體積摻量為2%的混雜纖維（鋼纖維、PVA纖維）對UHPC高溫爆裂抑制作用最顯著。學(xué)者們[1819]還對不同纖維和骨料的UHPC高溫后殘余力學(xué)性能做了研究，發(fā)現(xiàn)在800 ℃高溫作用后，試件殘余抗壓強度百分率最高為40%。

目前，已有學(xué)者對UHPC高溫性能進(jìn)行了一定研究，但高溫后UHPC殘余強度的維持能力表現(xiàn)不足。筆者從材料制備入手，通過改變骨料類型和纖維摻加方式制備一種性能優(yōu)越且耐高溫的UHPC，并對其進(jìn)行高溫試驗，系統(tǒng)分析骨料類型和纖維摻加方式對UHPC在不同目標(biāo)溫度下表觀特征、質(zhì)量損失及力學(xué)性能的影響。

1試驗材料及方案

1.1試驗材料

試驗制備UHPC的主要原材料有：42.5硅酸鹽水泥、平均粒徑0.1～0.3 μm的硅灰粉、粉煤灰、鋼渣、石英砂、鋼纖維、聚丙烯纖維、聚羧酸減水劑（如圖1（a）所示）。其中，鋼纖維和聚丙烯纖維的基本物理特性如表1、表2所示，外貌形態(tài)如圖1（b）、（c）所示;石英砂和鋼渣的物理特征如表3、表4所示，主要材料的化學(xué)成分如表5所示。

1.2試驗方案

設(shè)計制備了6組材料UHPC，研究纖維和骨料對UHPC在不同目標(biāo)溫度作用后表觀特征、質(zhì)量損失及力學(xué)性能的影響：1）溫度：設(shè)定目標(biāo)溫度分別為常溫（25 ℃）、200、400、600、800、1 000 ℃;2）纖維：設(shè)置單摻2%鋼纖維、單摻2%聚丙烯纖維、混摻2%聚丙烯纖維和1%鋼纖維3種纖維摻法;3）骨料：研究石英砂和鋼渣分別作為骨料對試驗結(jié)果的影響。試驗配合比如表6所示，在各目標(biāo)溫度下UHPC立方體抗壓強度如表7、表8所示。

有學(xué)者[20]研究發(fā)現(xiàn)，UHPC試件的尺寸效應(yīng)對其在高溫下的變化規(guī)律影響較小，為避免高溫試驗過程中UHPC試件的爆裂對加熱設(shè)備以及人員造成危害，試驗前期采用50 mm×50 mm×50 mm立方體試件對UHPC高溫性能進(jìn)行研究，在確定最優(yōu)耐高溫UHPC配合比后，采用《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）規(guī)范中150 mm×150 mm×150 mm立方體試件對最優(yōu)耐高溫UHPC材料進(jìn)行力學(xué)性能研究。

考慮到高溫爆裂的隨機性，試驗每種情況下設(shè)置4個試件。試驗采用30 L單軸臥式強制式攪拌機拌和UHPC，在攪拌機中分批次加入各種配合比材料，依次攪拌。充分?jǐn)嚢瑁瑵仓约罢駬v后用薄膜覆蓋，靜置24 h拆模，并按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）進(jìn)行正常標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，即養(yǎng)護(hù)期間試件所處環(huán)境保持在（20±3）℃的溫度和相對濕度90%以上的潮濕空氣中。養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行高溫加熱試驗。

試驗采用1 400 ℃快速升溫箱式電爐進(jìn)行升溫。國際采用標(biāo)準(zhǔn)升溫速率為ISO834[21]，用以反映火災(zāi)發(fā)生的真實情況。而文獻(xiàn)表明[22] 5 ℃/min的升溫速率對纖維混凝土高溫性能測試仍然具有良好的可靠性。由于UHPC高強低滲，有學(xué)者[23]發(fā)現(xiàn)平均升溫速率為4 ℃/min更有利于研究UHPC高溫性能。因此，選擇平均升溫速率為4 ℃/min，升溫曲線如圖2所示。混凝土類材料為溫度惰性材料，為保證高溫后試件內(nèi)外溫度一致，試件達(dá)到目標(biāo)溫度后恒溫2 h，再從高溫爐中取出，自然冷卻至常溫后進(jìn)行UHPC立方體抗壓強度試驗。

試件經(jīng)過高溫加熱后，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）的要求在YNSY1000型電液伺服壓力試驗機上進(jìn)行立方體抗壓強度試驗，如圖3（a）所示。試驗加載速度為0.2 mm/min，加載過程中設(shè)備自動結(jié)束試驗，記錄并保存試驗數(shù)據(jù)。利用位移傳感器（LVDT）對試件變形進(jìn)行測量，進(jìn)而計算出應(yīng)變。由于試驗機承壓板與試件之間有摩擦力，立方體試件是復(fù)雜受力，非單軸受力，LVDT所測非單軸變形。位移計布置如圖3（b）所示。立方體抗壓強度按式（1）計算。

2試驗現(xiàn)象與分析

2.1UHPC高溫后外觀評價

表9為各試驗系列UHPC典型表觀特征隨溫度升高變化情況。由表9可知：溫度越高，試件劣化越嚴(yán)重;纖維和骨料影響著試件的表觀特征。經(jīng)歷200 ℃高溫后，各系列試件外觀完整，無掉皮、裂紋、缺角、炸裂等現(xiàn)象;摻入聚丙烯纖維的UHPC（UHPC3、UHPC4、UHPC6）表面有油漬產(chǎn)生，這是由于聚丙烯纖維在165 ℃時開始熔解，經(jīng)200 ℃高溫作用冷卻至常溫后，聚丙烯纖維重新固化形成依附在UHPC基體上的熱塑性樹脂。無纖維UHPC（UHPC1、UHPC5）和單摻鋼纖維UHPC（UHPC2）在目標(biāo)溫度400 ℃的加熱過程中發(fā)生了粉碎性爆裂破壞，而摻入聚丙烯纖維的UHPC外觀完整，顏色灰白，由于聚丙烯纖維受熱揮發(fā)[24]，試件表面油漬基本消失。各系列試件在600 ℃高溫作用后呈乳白色;單摻聚丙烯纖維的石英砂UHPC（UHPC3）出現(xiàn)了明顯掉皮、缺角及局部爆裂現(xiàn)象;而混雜纖維UHPC（UHPC4、UHPC6）外觀相對完整。經(jīng)歷800 ℃高溫后，石英砂UHPC（UHPC3、UHPC4）呈現(xiàn)灰茶色，而鋼渣UHPC（UHPC6）顏色泛白;混雜纖維UHPC表面開始出現(xiàn)網(wǎng)狀龜裂細(xì)紋且有黑絲出現(xiàn)，有明顯疏松現(xiàn)象，但無明顯破壞。經(jīng)歷1 000 ℃高溫后，混雜纖維UHPC表面布滿黑絲，這是因為鋼纖維在高溫下脫氧碳化變黑所致;單摻聚丙烯纖維UHPC在1 000 ℃高溫作用下掉皮缺角及局部爆裂現(xiàn)象加重，而混雜纖維UHPC試件雖然疏松現(xiàn)象加重，但保持了較完整的形態(tài)。

UHPC產(chǎn)生高溫爆裂現(xiàn)象是因為其高強、質(zhì)密、低孔隙率，在高溫下，試件中的水分很難逸出。隨著溫度升高，水氣積聚，UHPC試件內(nèi)部形成蒸汽壓并逐漸積累。當(dāng)蒸汽壓力超過UHPC抗拉強度時，試件開始從外部薄弱處層層爆裂，水蒸汽隨著爆裂的發(fā)生而逸出，爆裂威力越大，水蒸汽逸出越多，這也證實了蒸汽壓機理[2526]。然而，混雜纖維UHPC的表觀在高溫作用后基本保持完整形態(tài)，這是由于UHPC內(nèi)部摻入的聚合物纖維在高溫作用下熔化、氣化，在混凝土內(nèi)部留下微通道，提供了混凝土內(nèi)部水分散失的有效通道，緩減了UHPC內(nèi)部蒸汽壓的堆積，避免蒸汽壓力超過UHPC抗拉強度而爆裂[27]。同時，利用鋼纖維與UHPC基體的粘結(jié)作用抑制混凝土在高溫作用下發(fā)生體積膨脹，進(jìn)而減弱裂縫的開展。

2.2UHPC高溫后質(zhì)量損失

混凝土在高溫作用后，其質(zhì)量會有損失，主要包括水分的蒸發(fā)、C—S—H凝膠的脫水分解、Ca（OH）2和CaCO3的分解、未水化水泥和摻合料的損失以及試件表面爆裂或剝落帶來的質(zhì)量損失[2829]。因此，混凝土高溫下的質(zhì)量損失規(guī)律在一定程度上反映了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。對各系列UHPC在不同目標(biāo)溫度下進(jìn)行了質(zhì)量損失測量，圖4為測得的各系列聚丙烯纖維UHPC質(zhì)量損失率隨溫度變化關(guān)系圖。

由圖4可見，摻有混雜纖維UHPC高溫后的質(zhì)量損失可分為4個階段：1）200 ℃高溫以下，質(zhì)量損失逐漸增大，其主要來源于試件內(nèi)部自由水、毛細(xì)水的蒸發(fā)及聚丙烯纖維的熔解，未水化水泥和摻合料的損失。2）200～400 ℃期間，質(zhì)量損失急劇增加，主要由于試件內(nèi)部C—S—H凝膠中水分開始蒸發(fā)，聚丙烯纖維熔解揮發(fā)。3）400～800 ℃高溫期間，質(zhì)量損失繼續(xù)緩慢增長，此階段的質(zhì)量損失來源于結(jié)晶水的散失;C—S—H凝膠持續(xù)分解，800 ℃時分解完成。4）800～1 000 ℃，質(zhì)量損失率有所下降，這主要是因為Ca（OH）2和CaCO3大量分解產(chǎn)生CaO，試件在冷卻時吸收空氣中的水和CO2重新生成Ca（OH）2和CaCO3[28]。此外，由圖4可知，在纖維含量相同的情況下，鋼渣骨料UHPC高溫作用后的質(zhì)量損失較小。由表5可知，鋼渣骨料與水泥的化學(xué)成分相近，且表面粗糙，與混凝土水泥基粘結(jié)程度較好，因而相對于石英砂骨料UHPC而言，鋼渣骨料UHPC具有更緊密的分子結(jié)構(gòu)，質(zhì)量損失較小。

單摻聚丙烯纖維UHPC在400 ℃高溫作用后質(zhì)量損失持續(xù)增長，并沒有出現(xiàn)下降段，除了上述原因外，還有UHPC在高溫作用后試件產(chǎn)生局部爆裂、剝落帶來的質(zhì)量損失，且其效應(yīng)大于試件在冷卻時重新生成Ca（OH）2和CaCO3。

試驗測得無聚丙烯纖維UHPC在目標(biāo)溫度200 ℃時質(zhì)量損失僅有0.34%，在目標(biāo)溫度400 ℃時均發(fā)生粉碎性爆裂，無法測得更高溫度后的質(zhì)量損失。說明無聚丙烯纖維UHPC在高溫作用下，由于其高強、低孔隙率，內(nèi)部水氣很難逸出，導(dǎo)致試件層層爆裂。再次證明聚丙烯纖維的摻入提高了UHPC高溫抗爆裂性能。

2.3UHPC高溫后力學(xué)性能

2.3.1UHPC高溫后立方體抗壓強度

對不同溫度下6組材料UHPC進(jìn)行立方體抗壓強度試驗，各系列UHPC在不同目標(biāo)溫度下立方體抗壓強度值如表7、表8所示，UHPC1、UHPC2、UHPC5在目標(biāo)溫度400 ℃時均發(fā)生了粉碎性爆裂，未能采集到其400 ℃及更高溫度下立方體抗壓強度試驗數(shù)據(jù)。

為便于研究與分析，給出了立方體抗壓強度相對值，即相同條件下，UHPC高溫后立方體抗壓強度與常溫立方體抗壓強度的百分比，用以對比不同類型UHPC在高溫作用后強度的維持能力。各系列UHPC在不同目標(biāo)溫度下立方體抗壓強度相對值如圖5所示。

由圖5和表8可知，在200 ℃高溫后，各系列UHPC的立方體抗壓強度都有不同程度提升。其中UHPC5立方體抗壓強度提升程度最大，從常溫的95 MPa增長到203 MPa，立方體抗壓強度提高了113.7%。

UHPC經(jīng)高溫作用，試件內(nèi)部自由水和毛細(xì)水蒸發(fā)，而UHPC密實度高、孔隙率低，導(dǎo)致水分散失通道不暢，水分無法逸出，在UHPC中營造出近似高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)的環(huán)境，使得水泥水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)互相促進(jìn)，硅灰、粉煤灰中的活性二氧化硅與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2生成了更多的C—S—H凝膠，C—S—H凝膠在高溫高壓環(huán)境下轉(zhuǎn)變成硬硅鈣石和托勃莫來石，使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實，抗壓強度得以提高（正效應(yīng)）[30];同時，自由水、毛細(xì)水的相繼散失在試件內(nèi)部形成毛細(xì)裂縫和空隙，試件內(nèi)部不斷積聚的蒸汽壓對周圍固體介質(zhì)產(chǎn)生張力，促使裂縫擴展（負(fù)效應(yīng)）[3031]。

由試驗結(jié)果可知，在200 ℃高溫作用下，正效應(yīng)占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致UHPC宏觀上表現(xiàn)為立方體抗壓強度較常溫時明顯增強，其中，鋼渣骨料素UHPC（UHPC5）增強效果最顯著，高溫增強了鋼渣骨料素UHPC試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實性，進(jìn)而提高UHPC立方體抗壓強度。

UHPC3、UHPC4、UHPC6這3組試件在不同高溫作用后，立方體抗壓強度變化規(guī)律相似，整體上表現(xiàn)為高溫后立方體抗壓強度隨溫度的升高先增加后降低，具體表現(xiàn)有所差異。

摻入聚丙烯纖維UHPC在經(jīng)過600 ℃高溫作用后，仍保持著較高強度，而經(jīng)過800 ℃高溫作用后，UHPC3、UHPC4的立方體抗壓強度下降到40 MPa左右，強度損失嚴(yán)重。這是由于在400 ℃之前形成的溫度對UHPC強度正面效應(yīng)繼續(xù)存在但停止增長，各種劣化因素持續(xù)增強，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實性急劇下降。試件經(jīng)過800 ℃高溫作用后立方體抗壓強度隨溫度的升高改變緩慢，立方體抗壓強度相對值保持在30%左右，說明試件在經(jīng)過800 ℃高溫作用后，各種劣化因素增長緩慢。

UHPC6在1 000 ℃高溫作用后，立方體抗壓強度保持在112 MPa左右，仍具有常溫強度的67%，表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐火性能。鋼渣表面粗糙，能改善高溫UHPC界面粘結(jié)性能，鋼渣作為細(xì)骨料具有較高的熱穩(wěn)定性且與水泥的化學(xué)成分相近，能緩解骨料與水泥漿體的熱不相容性，進(jìn)而顯著改善UHPC高溫后力學(xué)性能[23]?？梢婁撛鳛槟突鸸橇虾芎玫亟鉀Q了UHPC在高溫作用后強度急劇損失的問題，這為UHPC提高耐火性能提供了很好的思路。

2.3.2UHPC高溫后壓縮破壞形態(tài)

表10為各系列UHPC在不同目標(biāo)溫度作用后壓縮試件的破壞形態(tài)，從中可以看出，UHPC1在常溫下和200 ℃高溫作用后的受壓破壞形態(tài)相同，試件均發(fā)生了壓縮脆性破壞;UHPC5在200 ℃高溫作用后也發(fā)生了嚴(yán)重脆性破壞。而UHPC2在常溫下和200 ℃高溫作用后，均發(fā)生了裂紋累積塑性受壓破壞，破壞形態(tài)為典型的X交叉型剪切破壞，受壓破壞后無碎塊崩出，僅表面出現(xiàn)膨脹、掉渣、裂紋現(xiàn)象，試件仍保持良好的整體性。說明鋼纖維的粘結(jié)和橋接作用改善了UHPC的脆性。UHPC3在常溫下受壓破壞形態(tài)為延性破壞，說明常溫下聚丙烯纖維對UHPC具有阻裂作用。

單摻聚丙烯纖維UHPC在200～600 ℃高溫作用后，由于聚丙烯纖維的熔解，UHPC內(nèi)部無纖維約束，試件均發(fā)生壓縮脆性破壞，且強度越高，脆性越大。在600 ℃以后，高溫?fù)p傷致使試件抗壓強度急劇下降， 因而受壓破壞脆性有所改善。

混雜纖維UHPC在常溫（25 ℃）～1 000 ℃高溫作用后，試件破壞均表現(xiàn)為裂紋累積塑性破壞，與UHPC3在不同溫度后的受壓破壞形態(tài)相比發(fā)生了很大變化。這主要是因為纖維復(fù)摻改變了UHPC高溫作用后試件受壓破壞形態(tài)。聚丙烯纖維在165 ℃熔解，在200 ℃高溫作用后聚丙烯纖維增強阻裂的積極作用已基本消失。在200～600 ℃高溫作用下，鋼纖維發(fā)揮橋接和阻裂作用，致使試件在受壓時仍能保持一個較為完整的形態(tài)，沒有發(fā)生壓縮脆性破壞。在800 ℃后，鋼纖維開始脫氧碳化，在1 000 ℃高溫作用后，鋼纖維對UHPC高溫積極作用基本喪失，試件破壞后形成上下相接的兩個椎體。

由表10對比發(fā)現(xiàn)，由于鋼渣骨料UHPC在高溫下具有更密實的分子結(jié)構(gòu)，相對于石英砂骨料UHPC來說，高溫作用后的破壞程度更小;鋼渣骨料混雜纖維UHPC在高溫作用后力學(xué)性能最佳，這與2.3.1節(jié)得出的結(jié)論一致。

3鋼渣骨料混雜纖維UHPC高溫后力學(xué)性能

鋼渣骨料混雜纖維（UHPC6）高溫力學(xué)性能以及對強度的維持能力較好，因此，分析了UHPC6在標(biāo)準(zhǔn)試驗立方體尺寸（150 mm×150 mm×150 mm）下不同溫度作用后的應(yīng)力應(yīng)變曲線，并研究了最優(yōu)耐高溫UHPC尺寸效應(yīng)對其殘余力學(xué)性能的影響。

圖6為標(biāo)準(zhǔn)立方體試驗尺寸下材料UHPC6在不同溫度作用后的應(yīng)力應(yīng)變曲線（應(yīng)力、應(yīng)變均取4個試件的平均值）。由于混雜纖維的加入改變了UHPC的脆性破壞，試驗均采集到了UHPC6150不同溫度作用后受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線下降段，試件在壓縮過程中均發(fā)生了延性破壞，與UHPC6材料破壞形態(tài)一致。由圖6可知，隨著溫度的升高，UHPC6150的立方體抗壓強度表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，臨界溫度為400 ℃。室溫～400 ℃高溫作用后，曲線峰值點隨溫度升高而升高，曲線下降段隨溫度升高而變陡，表明在經(jīng)過高溫后UHPC依然表現(xiàn)出強度越高脆性越大的特點。在600 ℃高溫后，峰值點開始下移，彈性模量開始下降，然而曲線下降段開始變緩，說明溫度超過600 ℃，鋼渣骨料混雜纖維UHPC經(jīng)過高溫作用后延性得到一定程度的發(fā)展;鋼纖維可以很好地緩解高溫后UHPC受壓脆性破壞。

由表11可知，該最優(yōu)耐高溫材料鋼渣骨料混雜纖維UHPC具有尺寸效應(yīng)，不同尺寸的試件在不同溫度作用下立方體抗壓強度明顯不同，然而，在不同溫度作用后，不同尺寸試件之間的強度轉(zhuǎn)化因子（即不同尺寸試件在相同溫度下的強度之比）基本一致，說明高溫對UHPC的強度轉(zhuǎn)換因子影響不大，對UHPC在高溫作用后的變化規(guī)律影響不大，這也證實了Yang等[20]的觀點。

由圖7可以看出，UHPC抗壓強度隨溫度的升高先上升后降低，這與本文中研究的規(guī)律相符。同時，該鋼渣骨料混雜纖維UHPC在1 000 ℃高溫作用后，殘余強度相對值達(dá)到67%;800 ℃高溫作用后，殘余強度相對值高達(dá)89%，比其他學(xué)者研究的UHPC在800℃高溫作用后殘余強度相對值高56%。由此可見，該鋼渣骨料混雜纖維UHPC性能優(yōu)越且在高溫作用后性能穩(wěn)定，具有較好的耐高溫性能。

4結(jié)論

對168個UHPC試件進(jìn)行了高溫加熱試驗，根據(jù)試驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，得到以下結(jié)論：

1）單摻2%的鋼纖維不能抑制UHPC高溫爆裂行為;單摻2%的聚丙烯纖維阻止了試件高溫粉碎性爆裂;混摻2%聚丙烯纖維和1%鋼纖維有效地抑制了UHPC的高溫爆裂。

2）隨著溫度的升高，UHPC的質(zhì)量損失不斷增大，其中，200～400 ℃范圍內(nèi)質(zhì)量損失最為嚴(yán)重。

3）高溫作用后，UHPC立方體抗壓強度隨溫度的升高呈現(xiàn)先上升后降低的規(guī)律;在目標(biāo)溫度超過600 ℃時，高溫增強了UHPC的延性。

4）鋼渣骨料混雜纖維UHPC具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，其抗壓強度隨溫度變化表現(xiàn)相對穩(wěn)定。參考文獻(xiàn)：

[1] ?GAWIN D， MAJORANA C E， PESAVENTO F， et al. A new approach in the hygrothermomechanical analysis of concrete at high temperature [C]//Eighth International Conference on Computing in Civil and Building Engineering （ICCCBEVIII）， August 1416， 2000， Stanford， California， USA. Reston， VA， USA： American Society of Civil Engineers， 2000.

[2] ?SCHNEIDER U， DIEDERICHS U. Verhalten von ultrahochfesten betonen （UHPC） unter brandbeanspruchung [J]. Beton Und Stahlbetonbau， 2003， 98（7）： 408417.

[3] ?MAJORANA C E， PESAVENTO F. Damage and spalling in HP and UHP concrete at high temperature [J]. WIT Transactions on Engineering Sciences， 2000， 26： 13.

[4] ?RATVIO J. Ultralujan betonin kyttsovellukset： esitutkimus [M]. Espoo： VTT Technical Research Centre of Finland， 2001.

[5] ?KHOURY G A， MAJORANA C E， PESAVENTO F， et al. Modelling of heated concrete [J]. Magazine of Concrete Research， 2002， 54（2）： 77101.

[6] ?LIU C T， HUANG J S. Fire performance of highly flowable reactive powder concrete [J]. Construction and Building Materials， 2009， 23（5）： 20722079.

[7] 李傳習(xí)， 聶潔， 石家寬， 等. 纖維類型對混凝土抗壓強度和彎曲韌性的增強效應(yīng)及變異性的影響[J]. 土木與環(huán)境工程學(xué)報（中英文）， 2019，41（2）： 147158.

LI C X， NIE J， SHI J K， et al. Effect of fiber type on compressive strength and flexural toughness of concrete and analysis of variability [J]. Journal of Civil，Architectural & Environment Engineering， 2019，41（2）： 147158. （in Chinese）

[8] ?TAI Y S， PAN H H， KUNG Y N. Mechanical properties of steel fiber reinforced reactive powder concrete following exposure to high temperature reaching 800 ℃ [J]. Nuclear Engineering and Design， 2011， 241（7）： 24162424.

[9] 楊少偉， 劉麗美， 王勇威， 等. 高溫后鋼纖維活性粉末混凝土SHPB試驗研究[J]. 四川大學(xué)學(xué)報（工程科學(xué)版）， 2010， 42（1）： 2529.

YANG S W， LIU L M， WANG Y W， et al. SHPB experiment of steel fiber reactive powder concrete exposed to high temperature [J]. Journal of Sichuan University（Engineering Science Edition）， 2010， 42（1）： 2529. （in Chinese）

[10] 劉紅彬， 李康樂， 鞠楊， 等. 鋼纖維活性粉末混凝土的高溫爆裂試驗研究[J]. 混凝土， 2010（8）： 68.

LIU H B， LI K L， JU Y， et al. Explosive spalling of steel fiber reinforced reactive powder concrete subject to high temperature [J]. Concrete， 2010（8）： 68. （in Chinese）

[11] 楊娟， 朋改非. 鋼纖維類型對超高性能混凝土高溫爆裂性能的影響[J]. 復(fù)合材料學(xué)報， 2018， 35（6）： 15991608.

YANG J， PENG G F. Influence of different types of steel fiber on explosive spalling behavior of ultrahighperformance concrete exposed to high temperature [J]. Acta Materiae Compositae Sinica， 2018， 35（6）： 15991608. （in Chinese）

[12] ?CHOE G， KIM G， GUCUNSKI N， et al. Evaluation of the mechanical properties of 200 MPa ultrahighstrength concrete at elevated temperatures and residual strength of column [J]. Construction and Building Materials， 2015， 86： 159168.

[13] ?BEHNOOD A， GHANDEHARI M. Comparison of compressive and splitting tensile strength of highstrength concrete with and without polypropylene fibers heated to high temperatures [J]. Fire Safety Journal， 2009， 44（8）： 10151022.

[14] ?SUN B， LIN Z X. Investigation on spalling resistance of ultrahighstrength concrete under rapid heating and rapid cooling [J]. Case Studies in Construction Materials， 2016， 4： 146153.

[15] ?JU Y， WANG L， LIU H B， et al. An experimental investigation of the thermal spalling of polypropylenefibered reactive powder concrete exposed to elevated temperatures [J]. Science Bulletin， 2015， 60（23）： 20222040.

[16] ?POON C S， SHUI Z H， LAM L. Compressive behavior of fiber reinforced highperformance concrete subjected to elevated temperatures [J]. Cement and Concrete Research， 2004， 34（12）： 22152222.

[17] ?SANCHAYAN S， FOSTER S J. High temperature behaviour of hybrid steel–PVA fibre reinforced reactive powder concrete [J]. Materials and Structures， 2016， 49（3）： 769782.

[18] ?KIM Y S， OHMIYA Y， KANEMATSU M， et al. Effect of aggregate on residual mechanical properties of heated ultrahighstrength concrete [J]. Materials and Structures， 2016， 49（9）： 38473859.

[19] 朋改非， 楊娟， 石云興. 超高性能混凝土高溫后殘余力學(xué)性能試驗研究[J]. 土木工程學(xué)報， 2017， 50（4）： 7379.

PENG G F， YANG J， SHI Y X. Experimental study on residual mechanical properties of ultrahigh performance concrete exposed to high temperature [J]. China Civil Engineering Journal， 2017， 50（4）： 7379. （in Chinese）

[20] ?YANG Y K， WU C Q， LIU Z X， et al. Experimental investigation on the dynamic behaviors of UHPFRC after exposure to high temperature [J]. Construction and Building Materials， 2019， 227： 116679.

[21] ?Fireresistance testsElements of building constructionPart 1： General requirements： ISO 83411999 （E） [S]. Geveve： International Organization for Standardization， 1999.

[22] ?KHALIQ W， KODUR V. Thermal and mechanical properties of fiber reinforced high performance selfconsolidating concrete at elevated temperatures [J]. Cement and Concrete Research， 2011， 41（11）： 11121122.

[23] ?LIANG X W， WU C Q， SU Y， et al. Development of ultrahigh performance concrete with high fire resistance [J]. Construction and Building Materials， 2018， 179： 400412.

[24] ?TSUCHIYA Y， SUMI K. Thermal decomposition products of polypropylene [J]. Journal of Polymer Science Part A1： Polymer Chemistry， 1969， 7（7）： 15991607.

[25] ?RASHEEDUZZAFAR， ALSAADOUN S S， ALGAHTANI A S. Danish investigations on silica fume concretes at elevated temperatures [J]. ACI Materials Journal， 1992， 89（4）： 345347.

[26] ?KALIFA P， MENNETEAU F D， QUENARD D. Spalling and pore pressure in HPC at high temperatures [J]. Cement and Concrete Research， 2000， 30（12）： 19151927.

[27] 高丹盈， 李晗， 楊帆. 聚丙烯鋼纖維增強高強混凝土高溫性能[J]. 復(fù)合材料學(xué)報， 2013， 30（1）： 187193.

GAO D Y， LI H， YANG F. Performance of polypropylenesteel hybrid fiber reinforced concrete after being exposed to high temperature [J]. Acta Materiae Compositae Sinica， 2013， 30（1）： 187193. （in Chinese）

[28] 張麗輝， 郭麗萍， 孫偉， 等. 生態(tài)型高延性水泥基復(fù)合材料的高溫?fù)p傷[J]. 硅酸鹽學(xué)報， 2014， 42（8）： 10181024.

ZHANG L H， GUO L P， SUN W， et al. Damage of ecological high ductility cementitious composites after exposed to high temperature [J]. Journal of the Chinese Ceramic Society， 2014， 42（8）： 10181024. （in Chinese）

[29] 特列夫耐爾. 耐火材料顯微結(jié)構(gòu)文集[M]. 高振昕，譯.北京：冶金工業(yè)出版社， 1980.

TREFNER W. Collection of refractories microstructure [M]. Beijing： Metallurgical Industry Press， 1980. （in Chinese）

[30] 李海艷. 活性粉末混凝土高溫爆裂及高溫后力學(xué)性能研究[D]. 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2012.

LI H Y. Experimental study on spalling behaviour and mechanical properties of reactive powder concrete after elevated temperatures [D]. Harbin： Harbin Institute of Technology， 2012.（in Chinese）

[31] 李海艷， 王英， 解恒燕， 等. 高溫后活性粉末混凝土微觀結(jié)構(gòu)分析[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2012， 40（5）： 7175.

LI H Y， WANG Y， XIE H Y， et al. Microstructure analysis of reactive powder concrete after exposed to high temperature [J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology（Natural Science Edition）， 2012， 40（5）： 7175. （in Chinese）

[32] ?XIONG M X， RICHARD LIEW J Y. Spalling behavior and residualresistance of fibre reinforced UltraHigh performance concrete after exposure to high temperatures [J]. Materiales De Construcción， 2015， 65（320）： e071. DOI：10.3989/mc.2015.00715.

[33] ?ZHENG W Z， LI H Y， WANG Y. Compressive behaviour of hybrid fiberreinforced reactive powder concrete after high temperature [J]. Materials & Design， 2012， 41： 403409.

（編輯胡玲）