鄒登雄，楊 悅

（四川國(guó)際標(biāo)榜職業(yè)學(xué)院，四川 成都 610100）

引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展的不斷深入，高層建筑數(shù)量和層高逐漸增大，高層建筑火災(zāi)呈現(xiàn)逐年增加的態(tài)勢(shì)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。2021 年全年共接報(bào)4057 起高層建筑火災(zāi)、共168 人死亡，比2020 年增長(zhǎng)了22%。在發(fā)生火災(zāi)的情況下混凝土良好的高溫力學(xué)性能無(wú)疑是建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要保障[1～4]。因此，研究混凝土高溫力學(xué)特性具有重要的意義。

大量學(xué)者在混凝土高溫力學(xué)性能方面開(kāi)展了研究工作。王連坤等[5]采用自然冷卻和噴水冷卻兩種方式，開(kāi)展C40 自密實(shí)混凝土試件不同高溫后的力學(xué)性能測(cè)試，從抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度及軸心受壓強(qiáng)度等角度論證了噴水冷卻方式下自密實(shí)混凝土的力學(xué)特性低于自然冷卻。何越驍?shù)萚6]研究了共聚甲醛與鋼纖維超高性能混凝土高溫后的力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)變化特征。周星宇等[7]制備了普通混凝土、高強(qiáng)混凝土、再生混凝土標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件，并開(kāi)展了不同高溫噴水冷卻試驗(yàn)，獲取了試件的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€方程，并開(kāi)展了噴水冷卻條件三種混凝土試件基本性能的對(duì)比分析。馬志宏等[8]研究了導(dǎo)流槽專(zhuān)用耐火混凝土在高溫下的劣化損傷機(jī)制。綜上所述，學(xué)者們?cè)诨炷粮邷匦阅芊矫嫒〉昧舜罅控S富的研究成果。然而，混雜纖維的添加可以有效改善混凝土的使用性能[9～11]，混雜纖維混凝土高溫后力學(xué)性能方面現(xiàn)有的研究較少。因此，本文制備了無(wú)纖維摻加以及聚丙烯纖維體積摻入率為0.12%，玄武巖纖維體積摻入率為0.08%、0.16%、0.24%和0.32%的5 種配比再生混凝土，分別開(kāi)展了20℃、100℃、200℃、400℃、600℃和800℃的再生混凝土高溫試驗(yàn)，測(cè)試了高溫后混凝土試件的質(zhì)量損失率、抗拉、抗壓和抗折等力學(xué)性能，研究玄武巖纖維對(duì)聚丙烯再生混凝土高溫力學(xué)性能的影響規(guī)律。

1 試樣制備及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)制備

利用水泥、細(xì)骨料、再生粗骨料、攪拌水和混雜纖維（聚丙烯纖維和玄武巖纖維）制備混雜纖維再生混凝土，再生粗骨料和纖維材料的基本性能分別如表1 和表2 所示。再生混凝土配比如表3 所示，共分為5 組，編號(hào)為RC 的混凝土試件不摻加任何纖維。對(duì)照組中聚丙烯纖維體積摻入率保持0.12%不變，玄武巖纖維體積摻入率y 從0.08%逐漸遞增至0.16%、0.24%和0.32%。

1.2 高溫試驗(yàn)方法

高溫試驗(yàn)采用科正公司生產(chǎn)的高溫快速溫度變化試驗(yàn)箱，分別開(kāi)展5 組試件（表3）常溫和5 個(gè)恒定高溫后的抗拉、抗壓和抗折等力學(xué)性能測(cè)試，恒定溫度分別設(shè)置為100℃、200℃、400℃、600℃和800℃，升溫至恒定溫度的速率為10℃/min，達(dá)到恒定溫度后恒溫2h，采用自然冷卻方法，冷卻時(shí)間通常為3h 左右。高溫試驗(yàn)過(guò)程中盡量保證相同編號(hào)的試件同時(shí)開(kāi)展高溫試驗(yàn)，高溫過(guò)程中試件表面編號(hào)通常會(huì)消失。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 質(zhì)量損失率

當(dāng)聚丙烯纖維體積摻入率保持0.12%不變，玄武巖纖維體積摻入率y 由0.08%逐漸遞增至0.16%、0.24%和0.32%時(shí)，混雜纖維再生混凝土的質(zhì)量變化曲線如圖1 所示。隨著受熱溫度的逐漸提高，混雜纖維再生混凝土內(nèi)部的自由水以及化學(xué)結(jié)合水將逐漸蒸發(fā)，同時(shí)骨料以及膠結(jié)料中的氫氧化鈣、碳酸鈣以及C-S-H 凝膠也將不斷分解脫水，造成再生混凝土表面骨料以及膠結(jié)物剝落率不斷增大，最終導(dǎo)致其質(zhì)量損失率越來(lái)越大。受熱溫度分別為100℃、200℃、400℃、600℃以及800℃時(shí)，混雜纖維再生混凝土的質(zhì)量損失率為0.95%～1.54%、2.95%～4.05%、7.19%～7.91%、8.94%～10.12% 和10.12%～11.67%。對(duì)比基準(zhǔn)組可知，當(dāng)受熱溫度小于300℃左右時(shí)，由于再生混凝土內(nèi)部聚丙烯纖維的熔化為混凝土內(nèi)部水化蒸發(fā)提供了額外的孔隙通道，導(dǎo)致相同受熱溫度下混雜纖維的質(zhì)量損失率要大于基準(zhǔn)組，而當(dāng)受熱溫度高于300℃時(shí)，熔點(diǎn)較高的玄武巖纖維能夠發(fā)揮較好的阻裂性能，進(jìn)而減小再生混凝土的剝落損失，此時(shí)，相同受熱溫度下混雜纖維的質(zhì)量損失率要低于基準(zhǔn)組，而且當(dāng)玄武巖纖維體積摻入率為0.24%時(shí)，混雜纖維再生混凝土的質(zhì)量損失率最小，說(shuō)明其在高溫后的完整性最好。

2.2 抗壓強(qiáng)度

隨著受熱溫度的變化，不同混雜纖維體積摻入率條件下再生混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度及其與常溫狀態(tài)下的比值如圖2 所示。當(dāng)受熱溫度小于200℃時(shí)，隨著受熱溫度的提高，混雜纖維再生混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度逐漸增大，其增大幅度在100℃時(shí)為4.9%～13.0%，在200℃時(shí)為10.5%～17.3%，出現(xiàn)這種變化現(xiàn)象的原因可能是，大量自由水的蒸發(fā)促進(jìn)了未熟化水泥的二次反應(yīng)，使得混雜纖維再生混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)性變強(qiáng)，其抗壓強(qiáng)度提高。而當(dāng)受熱溫度大于400℃時(shí)，隨著受熱溫度的提高，混雜纖維再生混凝土內(nèi)部水化物質(zhì)將不斷受熱分解，導(dǎo)致膠結(jié)性以及完整性逐漸下降，其呈現(xiàn)不斷下降的變化趨勢(shì)，與常溫狀態(tài)下相比，其單軸抗壓強(qiáng)度在400℃時(shí)上升了2.1%～7.3%，在600℃時(shí)下降了26.3%～33.7%，在800℃時(shí)下降了57.1%～58.2%。這說(shuō)明0.24%體積摻入率的玄武巖纖維摻入能夠與0.12%體積摻入率的聚丙烯纖維形成更好的正向協(xié)同效應(yīng)，起到良好的阻裂以及限制基體變形作用，有利于提高再生混凝土的耐火性能。

2.3 劈裂抗拉強(qiáng)度

隨著受熱溫度的變化，不同混雜纖維體積摻入率條件下再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度及其與常溫狀態(tài)下的比值如圖3 所示。當(dāng)保持聚丙烯纖維體積摻入率為0.12%不變，玄武巖纖維體積摻入率分別為0.08%、0.16%、0.24%以及0.32%時(shí)，混雜纖維再生混凝土在常溫狀態(tài)下的劈裂抗拉強(qiáng)度值分別為4.24MPa、4.88MPa、5.16MPa 以及4.98MPa。隨著受熱溫度的提高，不同混雜纖維體積摻入率下再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度值均出現(xiàn)了先小幅提高后大幅下降的變化趨勢(shì)：當(dāng)受熱溫度為200～400℃時(shí)，混雜纖維再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度值最高，其值約是常溫狀態(tài)下的103.4%～108.0%；當(dāng)受熱溫度為800℃時(shí)，混雜纖維再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度值最小，其值約是常溫狀態(tài)下的39.9%～42.8%。對(duì)比基準(zhǔn)組數(shù)據(jù)值可知，聚丙烯纖維以及玄武巖纖維的加入有效提高了再生混凝土在高溫狀態(tài)下的抗拉能力；而且在聚丙烯纖維體積摻入率保持0.12%不變的前提下，少量以及過(guò)量的玄武巖纖維均會(huì)造成再生混凝土內(nèi)部基體或纖維在空間上的分布缺陷，不利于纖維阻裂性能的發(fā)揮，即玄武巖纖維體積摻入率為0.24%時(shí)，混雜纖維再生混凝土的高溫抗拉性能最好。

2.4 抗折強(qiáng)度

不同混雜纖維體積摻入率下再生混凝土抗折強(qiáng)度隨溫度的變化曲線如圖4 所示。未摻加纖維時(shí)，素再生混凝土在受熱溫度為25℃、100℃、200℃、400℃、600℃和800℃時(shí)的抗折強(qiáng)度分別為6.04MPa、5.75MPa、5.42MPa、4.36MPa、2.15MPa 及0.43MPa。聚丙烯纖維體積摻入率為0.12%條件下，0.08%玄武巖纖維體積摻入率的再生混凝土在受熱溫度為25℃、100℃、200℃、400℃、600℃和800℃時(shí)的抗折強(qiáng)度分別為7.17MPa、7.12MPa、7.50MPa、5.35MPa、2.78MPa 及0.67MPa；0.16%玄武巖纖維體積摻入率的再生混凝土在受熱溫度為25℃、100℃、200℃、400℃、600℃和800℃時(shí)的抗折強(qiáng)度分別為8.02MPa、8.22MPa、7.94MPa、6.22MPa、3.72MPa 及0.80MPa；0.24%玄武巖纖維體積摻入率的再生混凝土在受熱溫度為25℃、100℃、200℃、400℃、600℃和800℃時(shí)的抗折強(qiáng)度分別為8.87MPa、9.04MPa、8.63MPa、6.96MPa、4.35MPa 及0.95MPa；0.32%玄武巖纖維體積摻入率的再生混凝土在受熱溫度為25℃、100℃、200℃、400℃、600℃和800℃時(shí)的抗折強(qiáng)度分別為8.45MPa、8.12MPa、8.34MPa、7.15MPa、4.15MPa 及0.84MPa。由此可見(jiàn)，聚丙烯與玄武巖纖維的同時(shí)摻入能夠提升再生混凝土的抗火能力，使其高溫后的殘余抗折強(qiáng)度要比素再生混凝土高23.8%以上；而且聚丙烯纖維體積摻入率為0.12%時(shí)，玄武巖纖維體積摻入率選擇為0.24%較為合適。

3 結(jié)論

（1）隨著受熱溫度的逐漸提高，混雜纖維再生混凝土質(zhì)量損失率將越來(lái)越大，其在受熱溫度為100℃、200℃、400℃、600℃以 及800℃時(shí)分別為0.95%～1.54%、2.95%～4.05%、7.19%～7.91%、8.94%～10.12%和10.12%～11.67%。

（2）隨著受熱溫度的提高，不同混雜纖維摻入率條件下再生混凝土的抗壓、抗拉及抗折強(qiáng)度均出現(xiàn)了先小幅提升后大幅下降的變化趨勢(shì)，當(dāng)受熱溫度為200～400℃左右時(shí)，混雜纖維再生混凝土的抗壓、抗拉和抗折強(qiáng)度最高。

（3）混雜纖維的摻入能夠有效提高再生混凝土的抗火能力，當(dāng)聚丙烯纖維體積摻入率保持0.12%不變時(shí)，玄武巖纖維體積摻入率為0.24%條件下再生混凝土在高溫后的力學(xué)性能保持最佳。