郭 震，王 萌，宋 雋，嚴(yán) 旻，劉 毅，王香仁

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院，江蘇徐州221116）

混凝土爆裂是在火災(zāi)下發(fā)生的一種碎片式破壞形式，它可能發(fā)生在構(gòu)件某一局部，也可能涉及到整體構(gòu)件表層［1］?；馂?zāi)下混凝土爆裂具有很大的危害性，使鋼筋加速喪失原有力學(xué)性能，嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)的承載能力，增加結(jié)構(gòu)倒塌的幾率［2］。了解影響火災(zāi)下混凝土體爆裂的因素，對(duì)于預(yù)測(cè)剝落和防止剝落的防護(hù)措施具有重要意義。

根據(jù)現(xiàn)有爆裂驅(qū)動(dòng)機(jī)理，新澆筑混凝土在火災(zāi)下引起的剝落可分為3種類(lèi)型：熱-蒸氣剝落［3-4］、熱-力剝落［5-6］和熱-化學(xué)剝落［7-8］。但是，對(duì)于實(shí)際工程而言，建筑結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于承受外載和環(huán)境腐蝕中，由此導(dǎo)致混凝土構(gòu)件含水率很低，碳化程度很高，且混凝土表面存在很多微細(xì)裂縫，鋼筋失去混凝土保護(hù)層的隔熱作用［9］，這稱為長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土構(gòu)件?，F(xiàn)有文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)混凝土碳化系數(shù)平均值為2.68mm·年-?［10］但是碳化深度在2mm左右對(duì)混凝土的強(qiáng)度基本無(wú)影響［9］。因此，采用新澆筑混凝土梁試件的火災(zāi)試驗(yàn)結(jié)論尚不能用于描述預(yù)計(jì)長(zhǎng)期服役混凝土梁的火災(zāi)行為。

在混凝土高溫爆裂研究中，孔隙壓力變化發(fā)展和影響機(jī)理一直是研究重點(diǎn)［4，11-12］，但是大量研究?jī)H考慮混凝土在無(wú)應(yīng)力條件下孔隙水壓力的變化情況，這與實(shí)際工程中混凝土的受力狀態(tài)不符。已有一部分研究人員注意到此問(wèn)題，在混凝土柱火災(zāi)試驗(yàn)中考慮了軸心壓力的情況，結(jié)果表明壓應(yīng)力具有較明顯的影響作用［13-14］。

1 試件設(shè)計(jì)與材料

試驗(yàn)對(duì)2種梁進(jìn)行研究：2根長(zhǎng)期服役混凝土梁和6根新澆筑混凝土梁。新澆鋼筋混凝土梁尺寸和材料盡量與長(zhǎng)期服役混凝土梁相近，以便研究含水率對(duì)孔隙壓力累積和混凝土爆炸剝落的影響。

1.1 長(zhǎng)期服役混凝土梁試件

長(zhǎng)期服役混凝土梁取自江蘇省徐州市惠民小區(qū)于1999年建造的一個(gè)住宅樓門(mén)洞過(guò)梁。梁的尺寸為150 cm×6cm×12cm，混凝土保護(hù)層厚度25cm，鋼筋設(shè)置為受拉側(cè)4Φ6.5、受壓區(qū)2Φ6.5。試件編號(hào)分別為JL1，JL2。經(jīng)過(guò)酚酞測(cè)試和含水量測(cè)試，長(zhǎng)期服役梁斷面全深度范圍內(nèi)無(wú)顏色變化且鋼筋已出現(xiàn)銹蝕，碳化深度達(dá)到100%。利用干燥箱，測(cè)量得到含水量為0.1%。利用回彈儀無(wú)損檢測(cè)，該混凝土梁強(qiáng)度等級(jí)為31 MPa。

1.2 新澆筑混凝土梁試件

試件采用中聯(lián)425硅酸鹽水泥、名義最大粒徑為20mm的粗集料、細(xì)度模數(shù)為2.85的天然細(xì)砂、減水率25%的聚羧酸減水劑。新澆筑混凝土采用了3種水灰比和2種砂率，梁的尺寸為120 cm×10cm×15cm（如表1所示）?；炷翉?qiáng)度為C30，混凝土保護(hù)層厚度25cm，鋼筋設(shè)置為受拉側(cè)3Φ6.5、受壓區(qū)2Φ6.5、箍筋Φ6@200（如圖1所示），試件編號(hào)分別為XL1、XL2、XL3、XL4、XL5、XL6。同時(shí)，為了固定深度為75cm的熱電偶線，在75cm處加設(shè)了一根短鋼筋。每種規(guī)格的配比都預(yù)留了6個(gè)100mm×100mm×100mm的立方體試塊，共36塊。將試件和試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境下（室溫20℃±2℃，濕度不小于95%）養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行試驗(yàn)。

圖1 新澆筑梁配筋（單位：mm）Fig.1 Reinforcement drawing(unit：mm)

36個(gè)混凝土試塊分成6組分別進(jìn)行3種試驗(yàn)。

（1）強(qiáng)度試驗(yàn)。結(jié)果見(jiàn)表1。試件按設(shè)計(jì)強(qiáng)度30MPa配制，實(shí)際測(cè)得的試塊抗壓強(qiáng)度均在30MPa以上，個(gè)別試塊（XL1、XL4、XL5）的抗壓強(qiáng)度甚至到達(dá)40MPa。

表1 試件材料性能Tab.1 Characteristics of materials

（2）含水率測(cè)試。結(jié)果如表1。已有研究［15］表明混凝土干燥失水在60h之后基本不會(huì)發(fā)生較大變化，故將一組試塊放置在干燥箱中72h。數(shù)據(jù)表明干燥后混凝土含水率在2%～3%之間，其中試塊2、3、5的含水率大于2.5%，其他均小于2.5%。

PBL教學(xué)法不是一個(gè)固化的模式，它的形式靈活多樣，可以在不同的背景下以不同的形式適用于多種學(xué)科、多個(gè)專業(yè)中。自20世紀(jì)60年代由麥克馬斯特大學(xué)將PBL引入醫(yī)學(xué)教育以來(lái)，其適應(yīng)范圍早已超越醫(yī)學(xué)和工程教育，而被延伸到教育學(xué)、管理學(xué)、法學(xué)、文學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域[6]。

2 試驗(yàn)裝置與方案

試驗(yàn)旨在測(cè)量火災(zāi)下新澆筑梁和長(zhǎng)期服役梁的溫度、應(yīng)力和孔隙壓力，對(duì)比其在火災(zāi)下爆裂現(xiàn)象的不同得出影響混凝土爆裂的因素。為模擬真實(shí)火災(zāi)情況，采用高純度天然氣，以噴火槍模擬火焰，保證梁有效受火長(zhǎng)度約為60cm。長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土梁以梁斷裂為止，新澆筑鋼筋混凝土梁若不發(fā)生破壞則以2h為停止點(diǎn)。根據(jù)純彎梁截面受彎承載力極限計(jì)算方法，采用荷載比0.3施加豎向荷載，各點(diǎn)加載砝碼質(zhì)量約為240kg。整體布置如圖2、3所示。

新澆筑試件內(nèi)固定孔隙測(cè)壓計(jì)（見(jiàn)圖4）和熱電偶線布置如圖5所示。緊貼梁跨中正下方布置一根K型WRN-130熱電偶測(cè)量火焰溫度。長(zhǎng)期服役梁試件僅在梁中部的迎火面和背火面布置溫度測(cè)控點(diǎn)。梁的兩端布置位移計(jì)以矯正非接觸式光學(xué)應(yīng)變采集系統(tǒng)的誤差。

試驗(yàn)中孔隙測(cè)壓計(jì)參考了文獻(xiàn)［12，16］，并在其基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一套測(cè)量高溫下混凝土孔隙壓力的裝置，通過(guò)該設(shè)備對(duì)試塊單面加熱，測(cè)量了混凝土在高溫下的內(nèi)部孔隙壓力和對(duì)應(yīng)的溫度。孔隙壓力計(jì)是由多孔金屬圓盤(pán)（精度2mm）焊接在直徑為12mm的不銹鋼杯上。不銹鋼杯焊接在內(nèi)徑為2mm的不銹鋼管上。在混凝土澆筑前，不銹鋼杯（帶有多孔金屬盤(pán)）在混凝土中設(shè)置在所需的深度，管子從試件的背面伸出。管內(nèi)灌有二甲基硅油，黏度1 000cs，密度0.960～0.975，閃點(diǎn)300，熱膨脹系數(shù)0.000 95。帶有多孔金屬盤(pán)的嵌入式不銹鋼杯允許將混凝土試件內(nèi)的蒸氣壓力通過(guò)多孔金屬盤(pán)和管道傳遞。

圖2 設(shè)備整體布置Fig.2 Overall layout of equipment

圖3 設(shè)備連接示意Fig.3 Schematic diagram of device connection

圖4 孔隙測(cè)壓計(jì)Fig.4 Specialized pore pressure gages

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 破壞模式

根據(jù)熱機(jī)械理論和熱化學(xué)理論［17］，當(dāng)混凝土構(gòu)件處于火災(zāi)狀態(tài)時(shí)，水泥漿收縮，骨料膨脹，由于構(gòu)件截面上的溫度梯度和約束的熱膨脹，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力從而導(dǎo)致混凝土破壞。在長(zhǎng)期環(huán)境侵蝕的作用下，JL1和JL2混凝土強(qiáng)度降低，且含水率低于臨界含水率［18-19］，未出現(xiàn)混凝土高溫爆裂現(xiàn)象。同時(shí)，自然碳化造成了長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土梁表面出現(xiàn)較多微細(xì)裂縫，內(nèi)部鋼筋在火災(zāi)高溫下快速失效，導(dǎo)致長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土梁發(fā)生了脆性破壞。如圖6所示，JL1的破壞形式為完全斷裂破壞，在梁中點(diǎn)兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)了2條裂縫，受拉區(qū)鋼筋被拉斷，受壓區(qū)混凝土被壓碎；JL2的破壞形式與JL1很相似，但是僅在梁中點(diǎn)處出現(xiàn)了一條裂縫，裂縫寬度比JL1寬很多。圖7展示了鋼筋斷裂細(xì)部詳圖，圖8給出了長(zhǎng)期服役梁跨中的時(shí)間-位移曲線。由圖可見(jiàn)，長(zhǎng)期服役梁在火災(zāi)前期位移變化不大，隨著微裂縫的開(kāi)展逐步形成貫通裂縫，此時(shí)火災(zāi)會(huì)對(duì)梁全截面造成影響，使跨中位移出現(xiàn)階段性攀升，直至梁發(fā)生斷裂。

圖5 孔隙測(cè)壓計(jì)和熱電偶線布置示意（單位：mm）Fig.5 Arrangement of pore pressure gages and thermocouples（unit：mm）

圖6 長(zhǎng)期服役梁破壞圖Fig.6 State of old beam failure

圖7 鋼筋斷裂詳圖Fig.7 Details of broken steel bar

對(duì)于新澆筑混凝土試件，隨著溫度的升高，凝膠水和化學(xué)結(jié)合水將被釋放到混凝土的微孔中并加入到自由水中。由于溫度升高和水分（混合液體和蒸汽）的存在，孔隙壓力逐漸增大，因此形成了壓力梯度。當(dāng)峰值壓力超過(guò)高溫下混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土?xí)l(fā)生爆裂破壞。如圖9所示，新澆筑混凝土梁均出現(xiàn)了一定程度的爆裂現(xiàn)象，破壞特征相似但爆裂程度不同，XL2和XL3的爆裂程度略高于XL4和XL6。試塊含水率試驗(yàn)中，XL2和XL3的含水率高于XL4和XL6，XL2和XL3的含水率均大于2.5%，而XL4和XL6的含水率均小于2.5%，說(shuō)明較多的水分蒸發(fā)更易引起混凝土爆裂破壞。從爆裂程度可以看出火災(zāi)下混凝土爆裂發(fā)生的概率和含水率基本成正比。另外，從圖中可觀測(cè)到混凝土爆裂區(qū)域發(fā)生在整個(gè)受火區(qū)域內(nèi)（距跨中200mm范圍內(nèi)）而不是僅局限在受火點(diǎn)。

圖8 長(zhǎng)期服役梁跨中位移-時(shí)間曲線Fig.8 Displacement-timeoverview of long-term beams

圖10 展示了新澆筑梁跨中的時(shí)間-位移曲線。不同于長(zhǎng)期服役梁的跨中位移的階段式變化，對(duì)于新澆筑梁來(lái)說(shuō)，跨中位移呈現(xiàn)平緩增長(zhǎng)趨勢(shì)。即使所有梁都發(fā)生了不同程度的混凝土爆裂現(xiàn)象，但由于梁均未發(fā)生斷裂，故所有新澆筑梁的跨中位移變化量相差不大，其中最高跨中位移量是XL2和XL3。由爆裂現(xiàn)象可知，XL2和XL3的爆裂程度略高于其他梁，相對(duì)應(yīng)的XL2和XL3的跨中位移量也高于其他梁。這說(shuō)明隨著表層混凝土爆裂的增多，火災(zāi)對(duì)試件的影響會(huì)增大，位移量也會(huì)相應(yīng)增大。

3.2 截面溫度分布

圖11和圖12分別給出了長(zhǎng)期服役梁和新澆鋼筋混凝土梁的溫度-時(shí)間曲線，并給出了爆裂、開(kāi)裂等時(shí)間標(biāo)記。圖13對(duì)應(yīng)圖12給出了新澆筑鋼筋混凝土梁內(nèi)各測(cè)點(diǎn)溫度。圖中溫度為K型熱電偶測(cè)得的火焰溫度。

圖9 新澆筑梁破壞圖Fig.9 Failure of newly-casted beam

圖10 新澆筑梁跨中位移-時(shí)間曲線Fig.10 Displacement-time overview of fresh beams

由于內(nèi)嵌（非預(yù)埋）熱電偶，所以長(zhǎng)期服役梁火災(zāi)試驗(yàn)中，迎火面熱電偶直接受到火焰作用，使其溫度接近火焰溫度。鋼筋斷裂后，關(guān)閉火源，梁內(nèi)溫度逐漸降低。

新澆筑梁試件采用預(yù)埋熱電偶，其測(cè)量到的迎火面溫度和背火面溫度緩慢上升，且遠(yuǎn)低于火焰溫度。試樣表面和內(nèi)部的溫度隨著火溫的升高而升高，但其變化率不同。這歸因于2個(gè)主要原因。首先，由于混凝土具有熱惰性，離火源越遠(yuǎn)，混凝土的溫度越低。其次，混凝土的剝落顯著影響了截面溫度場(chǎng)的分布。隨著剝落深度的增加，同一時(shí)間不同截面的溫度差異逐漸增大。然而，無(wú)論是長(zhǎng)期服役梁還是新澆筑梁，溫度在每個(gè)截面深度都是呈平穩(wěn)升高趨勢(shì)。火災(zāi)進(jìn)行到35～40min時(shí)混凝土迎火面會(huì)出現(xiàn)微細(xì)裂縫，此時(shí)迎火面溫度達(dá)到350～400℃。當(dāng)火焰溫度達(dá)到500℃時(shí)混凝土梁發(fā)出爆裂響聲，此時(shí)梁底混凝土開(kāi)始剝落，該過(guò)程一直持續(xù)6～10min。隨后，水分順著梁側(cè)面裂縫流出?；炷聊z結(jié)晶水逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤?，與原有自由水在高溫壓力作用下沿著內(nèi)部孔隙向上遷移，在梁頂面出現(xiàn)蒸騰現(xiàn)象。

圖11 長(zhǎng)期服役梁溫度-時(shí)間曲線Fig.11 Temperature-time overview of long-term service specimens

圖12 新澆筑梁溫度-時(shí)間曲線Fig.12 Temperature-time overview of new specimens

圖13 新澆筑梁各測(cè)點(diǎn)溫度-時(shí)間曲線Fig.13 Temperature-time curves of all measure points

3.3 孔隙壓力

利用預(yù)埋固定孔隙測(cè)壓計(jì)，測(cè)量到新澆筑梁內(nèi)部的孔隙壓力變化，見(jiàn)圖14所示孔隙壓力-時(shí)間曲線，圖中亦標(biāo)注出波峰和波谷相對(duì)應(yīng)的熱電偶線溫度。由于XL1和XL4及XL2和XL5的75mm位置孔隙測(cè)壓計(jì)斷裂，未給出響應(yīng)曲線，但是已得到的曲線仍能夠說(shuō)明火災(zāi)下混凝土梁孔隙壓力變化的基本特征。

圖14 新澆筑梁孔隙壓力-時(shí)間曲線Fig.14 Pore-timepressure curve

通過(guò)以上曲線可以得出下列結(jié)論。一方面，隨時(shí)間增加，孔隙水壓力的變化呈波浪形。當(dāng)混凝土溫度達(dá)到640℃時(shí)，混凝土細(xì)孔內(nèi)的自由水開(kāi)始溢出蒸發(fā)。隨著混凝土內(nèi)部溫度升高到約850℃，此時(shí)水蒸發(fā)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，25mm處的孔隙壓力將明顯高于距火源表面75mm處的孔隙壓力。這是因?yàn)樵诟邷刈饔孟?，自由水和化學(xué)結(jié)合水在混凝土中的轉(zhuǎn)化和遷移導(dǎo)致水的蒸發(fā)，從而導(dǎo)致孔隙壓力的增加。當(dāng)水分在壓力作用下通過(guò)混凝土孔隙向其他空間遷移時(shí)，孔隙壓力相應(yīng)降低，但是隨著溫度升高，水分遷移也不斷增加，所以孔隙壓力出現(xiàn)波動(dòng)直到試件中的水被完全蒸發(fā)。

另一奇特現(xiàn)象是，25mm處孔隙水壓力與75mm處孔隙水壓力呈現(xiàn)出交錯(cuò)上升的趨勢(shì)。一開(kāi)始，25mm處孔隙水壓力先上升，當(dāng)其達(dá)到峰值時(shí)75mm處水壓開(kāi)始增長(zhǎng)，隨后25mm處水壓開(kāi)始下降。水蒸氣通過(guò)微裂縫滲出混凝土表面，此時(shí)構(gòu)件內(nèi)部孔隙水壓達(dá)到谷底。這是由于混凝土的致密結(jié)構(gòu)，它抑制了孔隙水的完全釋放，使混凝土中的蒸汽在火災(zāi)中通過(guò)孔隙。蒸汽受壓力梯度的影響向2個(gè)位置驅(qū)動(dòng)：一部分流向受熱表面，而其余的流向更深、更冷的內(nèi)部。這表明火災(zāi)高溫下，25mm處水蒸氣向上聚集導(dǎo)致75mm處孔隙壓力增大；當(dāng)75mm處水氣迫于壓力遷移后，孔隙壓力再次降低，而此時(shí)25mm又開(kāi)始聚集大量水氣，致使孔隙壓力增加。這種孔隙壓力沿溫度梯度方向交替增長(zhǎng)的現(xiàn)象對(duì)開(kāi)展孔隙-高溫-熱壓力耦合下水氣擴(kuò)散遷移特征研究具有重要參考價(jià)值。

除此之外，水灰比也是影響孔隙壓力的一個(gè)重要因素，高水灰比代表高含水率。XL5和XL6的水壓峰值未達(dá)到1MPa，而XL2的水壓峰值達(dá)到1MPa，XL3的水壓峰值為1.2MPa，這說(shuō)明較多的含水量會(huì)導(dǎo)致混凝土在高溫下爆裂剝落。Zheng等［20］提出的壓應(yīng)力、含水率對(duì)預(yù)應(yīng)力板混凝土高溫爆裂的數(shù)學(xué)表達(dá)式（1）也說(shuō)明了在火災(zāi)高溫和拉應(yīng)力共同作用下，鋼筋混凝土梁爆裂時(shí)機(jī)提前，而孔隙水壓力峰值相應(yīng)降低。值得注意得，陳澤世等［21］研究發(fā)現(xiàn)高溫下孔隙水壓力的最大值為2.5MPa，高于試驗(yàn)結(jié)果。這是因?yàn)樵囼?yàn)的試件承擔(dān)了外部荷載，拉應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生裂縫釋放較多水蒸氣，內(nèi)部孔隙壓力得到緩解。后面的分析可以明顯看到這種現(xiàn)象。

其中，μf cu范圍為20～65 MPa；ω范圍為1.6%～4.2%。

3.4 應(yīng)變發(fā)展

圖15 試件應(yīng)變分析Fig.15 Strain analysis diagram of all specimens

利用非接觸全場(chǎng)應(yīng)變儀可以得到火災(zāi)過(guò)程中混凝土構(gòu)件的應(yīng)變發(fā)展。從圖15a和圖15b可以清晰看到，舊梁試件的應(yīng)變分布，在火災(zāi)下微裂縫迅速發(fā)展，高應(yīng)變區(qū)即是裂縫形成區(qū)，呈條狀分布。在達(dá)到極限拉應(yīng)變時(shí)，裂縫出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)茍D變?yōu)榭瞻?。但新梁?yīng)變分布和發(fā)展完全不同于舊梁，如圖15c-15f所示。對(duì)于新澆筑的鋼筋混凝土梁來(lái)說(shuō)，爆裂發(fā)生的位置很有規(guī)律，大多集中于靠近加載點(diǎn)處和跨中。特別是400℃后，新梁表面呈現(xiàn)出網(wǎng)狀應(yīng)變分布，而長(zhǎng)期服役的混凝土梁表面無(wú)此現(xiàn)象。根據(jù)上一節(jié)孔隙壓力分析，形成這種網(wǎng)狀應(yīng)變分布的原因主要是水蒸氣在混凝土梁表面孔隙形成較大的孔隙壓力，也側(cè)面反應(yīng)了混凝土梁表面隨機(jī)形成的孔隙特征。試件爆裂區(qū)的不均勻性與這種網(wǎng)狀的應(yīng)變分布情況存在一定關(guān)系，在水蒸氣與外界良好的流通作用下，水蒸氣順著裂縫蒸發(fā)使孔隙水壓不足以使試件在應(yīng)變?nèi)秶鷥?nèi)發(fā)生混凝土剝落。這進(jìn)一步表明高溫下混凝土的含水量是產(chǎn)生顯著蒸汽壓進(jìn)而引發(fā)混凝土開(kāi)裂的主要驅(qū)動(dòng)力，這種開(kāi)裂的最高形式即裂紋擴(kuò)展爆裂。應(yīng)變圖中的白色區(qū)域即表示該區(qū)域爆裂導(dǎo)致表面混凝土脫落，隨著溫度增加爆裂程度逐漸加劇，白色區(qū)域逐漸變大，最終形成大面積的混凝土剝落。裂紋擴(kuò)展部位應(yīng)變?cè)黾?，但裂紋發(fā)生后，應(yīng)力降低到零。

從應(yīng)變數(shù)值上來(lái)看，在火災(zāi)影響下，新澆筑鋼筋混凝土梁的最大應(yīng)變約為0.2%，接近于混凝土的理論拉伸極限。而長(zhǎng)期使用鋼筋混凝土梁的極限抗拉應(yīng)變可達(dá)5%。這意味著長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土梁由于環(huán)境侵蝕的長(zhǎng)期影響，對(duì)火災(zāi)作用更加敏感，導(dǎo)致其在火災(zāi)中的變形能力和抗裂性能惡化。

圖16 跨中全截面應(yīng)變變化Fig.16 Strain changing of total cross section

圖16 展示了跨中全截面應(yīng)變?cè)隽垦乜v向的變化規(guī)律。加載后截面應(yīng)變被視為初始零點(diǎn)，故圖中所示應(yīng)變實(shí)際為受火后梁截面的應(yīng)變?cè)隽?。從圖中可以看出，長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土梁和新拌鋼筋混凝土梁截面的應(yīng)變?cè)隽垦乜v向均呈現(xiàn)出一種規(guī)律性變化，即梁上下表面的應(yīng)變變化明顯大于梁內(nèi)部應(yīng)變變化。但是從應(yīng)變值上來(lái)看，在火災(zāi)作用下長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土梁的應(yīng)變值比新拌鋼筋混凝土梁高10倍左右。這是由于長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土梁自身帶有很多微裂縫，從而導(dǎo)致其受火災(zāi)影響更為明顯。在火災(zāi)作用下，表面混凝土直接接觸火焰，從而快速提高了應(yīng)變水平。隨著溫度逐漸上升，內(nèi)部混凝土也開(kāi)始升溫，內(nèi)應(yīng)力隨之提高，但變化速度明顯低于表面混凝土。迎火面微裂縫在火災(zāi)作用下發(fā)展，在裂縫附近應(yīng)變?cè)隽孔畲?。不論是長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土梁還是新拌鋼筋混凝土梁，700℃之前迎火面基本都出現(xiàn)了開(kāi)裂或者爆裂現(xiàn)象導(dǎo)致應(yīng)變消失。長(zhǎng)期服役鋼筋混凝土梁由于微裂縫的存在，背火面應(yīng)變隨著背火面裂縫的開(kāi)展也呈現(xiàn)出應(yīng)變?cè)隽枯^大的現(xiàn)象。而新拌鋼筋混凝土梁背火面在壓應(yīng)力作用下也產(chǎn)生了較大的應(yīng)變?cè)隽?，直至混凝土壓碎?yīng)變消失。由于距離迎火面60～120mm范圍內(nèi)的混凝土接近中軸線，受火影響小，且?guī)缀醪淮嬖谖⒘芽p，故此范圍內(nèi)的應(yīng)變?cè)隽孔钚　?/p>

4 結(jié)論

對(duì)火災(zāi)下新舊混凝土試件在工作應(yīng)力狀態(tài)下的破壞行為和力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。從試驗(yàn)結(jié)果可得到以下結(jié)論：

（1）在工作應(yīng)力作用下，混凝土的爆裂很大程度上是由混凝土含水量決定的。一般情況下混凝土含水量越高混凝土爆裂現(xiàn)象越明顯。在試驗(yàn)中，混凝土含水量超過(guò)2.5%時(shí)比含水量低于2.5%時(shí)爆裂現(xiàn)象明顯。

（2）混凝土的碳化程度會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低并帶有微細(xì)裂縫，鋼筋也失去了其隔熱保護(hù)作用。從而使混凝土梁受力鋼筋的力學(xué)性能在火災(zāi)高溫下退化斷裂，繼而使混凝土梁失去承載能力。

（3）混凝土在有拉應(yīng)力狀態(tài)下孔隙水壓力峰值會(huì)降低，且孔隙壓力變化呈波浪式曲線。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于混凝土內(nèi)部的結(jié)合水和自由水在高溫作用下相互轉(zhuǎn)化，水蒸氣可以在孔隙間自由流通導(dǎo)致孔壓的規(guī)律性變化。

（4）混凝土爆裂分布區(qū)域與應(yīng)變分布規(guī)律有一定關(guān)系。高應(yīng)變分布網(wǎng)格區(qū)域與受火區(qū)域大體一致，可以認(rèn)為網(wǎng)格狀應(yīng)力分布的情況與混凝土爆裂的不均勻分布有一定的聯(lián)系。但混凝土爆裂不會(huì)發(fā)生在應(yīng)力全范圍內(nèi)，這是因?yàn)楸砻婊炷僚c外界有良好的流通作用，水蒸氣通過(guò)微裂縫蒸發(fā)從而導(dǎo)致孔隙水壓力不足以使混凝土發(fā)生爆裂。

作者貢獻(xiàn)申明：

郭 震，負(fù)責(zé)課題規(guī)劃及論文撰寫(xiě)。

王 萌，負(fù)責(zé)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)操作及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。

宋 雋，負(fù)責(zé)試驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)采集。

嚴(yán) 旻，負(fù)責(zé)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及安全防護(hù)。

劉 毅，負(fù)責(zé)試驗(yàn)準(zhǔn)備與操作。

王香仁，負(fù)責(zé)試驗(yàn)準(zhǔn)備與操作。