高温后高强混凝土力学性能的试验研究

　　1前言随着科学技术的进步和社会的发展，现代建筑不断向高层、大跨、地下、海洋方向发展。高强混凝土由于具有耐久性好、强度高、变形小等优点，能适应现代工程结构向大跨、重载、高耸发展和承受恶劣环境条件的需要，同时还能减小构件断面、增大使用面积、降低工程造价，因此得到了越来越广泛的应用，并取得了明显的技术经济效益。

　　目前，国内外学者对普通混凝土及其构件和结构的各种性能进行了比较系统而详尽的研究，包括常温、高温下、高温后的性能，并取得了大量的研究成果，而高强混凝土由于推广应用的时间较短，对其性能的研究还远不如普通混凝土那样详尽、透彻，特别是高温下和高温后的性能研究更少。虽然国外学者对高温后高强混凝土的力学性能已进行了一定的研究但国外篼强混凝土的组成材料、配合比及施工工艺等与国内均有所差异，直接套用其研究成果并不一定合适，而国内对高温下与高温后高强混凝土力学性能的研究又极少，因此，这方面的工作尚有待开展。其成果无疑将对提高我国高强混凝土结构的抗火设计水平，以及火灾后高强混凝土结构的损伤评估及其（抗震）加固提供科学依据，从而进一步促进高强混凝土结构在我国的推广应用并提高其安全性。

　　2试验方案2.1试件用原材料水泥：哈尔滨水泥厂产天鹅牌525R普通硅酸盐国家自然科学基金资助项目（59678034）水泥，实测3天抗折、抗压强度分别为6.08MPa、27.5MPa，28天分别为8.71MPa、56.9MPa，富余强度不多。

　　砂：中粗砂，细度模数为2.84，含泥量为1.5%.碎石：黑龙江冷山产花岗岩碎石，粒径为5 ~20mm，压碎指标为9.1%，针片状含量较多，含量高硅灰：河北唐山电炉炼钢厂回收的冷凝烟灰，灰白色极细粉状无定形物，平均粒径为O.lfmi，活性二氧化硅含量高达95%以上。

　　粉煤灰：哈尔滨磨细n级粉煤灰。

　　外加剂：MF萘系复合高效减水剂。

　　2.2试件制作及配合比通过为高温后两种混凝土峰值应力随温度的变化情况。从图中可以看出：随着温度的升高，混凝土峰值应力总体呈现逐渐减小的趋势。4001以前，峰值应力随加热温度升高而降低的幅度不大；而当温度超过400以后，峰值应力急剧下降，500时，C70和C85两种混凝土的平均强度损失分别为63.2%和49.2%.通过对试验结果的整理，高温后高强混凝土峰值应力随温度的变化规律可用下式近似描述：高温后C70混凝土应力一应变曲线混凝土峰值应力与温度的关系混凝土峰值应变与温度的关系eQ为常温下混凝土的峰值应变。

　　3.5弹性模置高温后混凝土弹性模量（。4（r）处的割线模量）随温度的变化情况见。从图中可以看出：混凝土的弹性模量随加热温度的升高而逐渐降低，且降低速度比峰值应力的下降速度要快，但总的变化规混凝土弹性模量与温度的关系律同峰值应力、峰值应变相类似，即在温度低于400时，下降较缓慢，温度超过400以后则迅速下降。加热温度为500丈时，高温后C70和C85两种混凝土的弹性模量分别比常温下降低78%和76%.上述变化规律可用双折线来近似描述，回归公式为：艮为常温下混凝土的弹性模量。

　　3.6泊松比高温后C70和C85两种混凝土的泊松比与温度的变化关系分别见U）和（bh从图中可以看出：在0.4（7.（7以内，对应同一应力比，两种混凝土的泊松比随受热温度的升高而呈现逐渐降低的趋势；400以前，两种混凝土泊松比随应力比u/%（7）变化的幅度较小，基本位于0.11―0.25范围之内，与具体温度没有明显的关系；温度超过4cnc以后，泊松比随应力比的增大而显著增大。

　　不同温度作用后混凝土的泊松比3.7应力一应变曲线方程虽然试验中混凝土的强度等级不同，受热温度不同，且各试件之间有较大的离散性，但从试验数据无量纲化的结果来看，其应力一应变全曲线的形状基本一致，见。经回归分析，得到高温后高强混凝土应力应变曲线的无量纲化表达式如下：<7和e分别为混凝土的应力和应变；（D和e.（77）分别为温度r作用后混凝土的峰值应力和峰值应变。

　　4与高温后普通混凝土力学性能的比较4.1峰值应力由可以看出：高温后高强混凝土的临界温度为400，即温度低于400时，高温后高强混凝土的峰值应力同常温试件相比变化不大，温度超过400以后，强度则迅速下降；而普通混凝土的临界温度为20（中给出了的结果），低于高强混凝土的临界温度，且在临界温度以前，峰值应力的降低速率大于高强混凝土，温度高于临界温度后，普通混凝土峰值应力的下降速率又小于高强混凝土。从发展趋势看，高强混凝土的耐火极限要低于普通混凝土，这与加热时的（图中绘出了普通混凝土的试验结果）。从图中可以看出：高温后，无论是高强混凝土，还是普通混凝土，其弹性模量随温度升高而降低的速率均大于相应峰值应力的降低速率；在临界温度（高强混凝土为400，普通混凝土为2001）之前，普通混凝土弹性模量的降低速率大于高强混凝土，超过临界温度以后则相反，高强混凝土呈线性急剧下降，而普通混凝土的弹性模量则呈二次抛物线形式缓慢下降。

　　4.4应力-应变全曲线方程为便于对比，中同时绘出了高温后高强混凝土和普通混凝土的无量纲化应力一应变全曲线。从图中可以看出：高温后高强混凝土无量纲应力一应变全曲线的形状同普通混凝土基本一致，但略有差别。

　　在应力一应变曲线的上升段，高强混凝土与普通混凝土基本一致，但它们的下降段则有所不同，高强混凝土应力一应变曲线的下降段要陡于普通混凝土，即应力随应变增大而降低的速率要大于普通混凝土，这主要是由于高强混凝土的脆性较大，能量释放比较集中且突然所致。

　　5小结通过对掺加硅灰、粉煤灰等掺合料的C70-C85高强混凝土在不同温度作用后应力一应变曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量等的试验研究，可以得到以下结论：高强混凝土受热时发生了普通混凝土受热未曾出现的爆裂现象，且受热温度越高，混凝土强度等级越高，爆炸发生的几率和剧烈程度越大，说明高强混凝土的抗火性能低于普通混凝土。

　　高温后高强混凝土的力学性能随受热温度的升高而劣化，表现为随受热温度的升高，混凝土的峰值应力降低、峰值应变增大、弹性模量下降，且温度低于4001时变化幅度不大，温度超过4001后其各项性能迅速恶化。

　　受热温度低于400时，高温后高强混凝土的泊松比受温度和应力比的影响不大，而当受热温度超过400T后，高温后高强混凝土的泊松比随应力比的增大而迅速增大。

　　高温后高强混凝土应力一应变全曲线的形状与普通混凝土基本一致。

　　经过回归分析，建立了高温后高强混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量、应力一应变全曲线的解析表达式。

　　通过与高温后普通混凝土的比较，可以看出：高强混凝土力学性能突变的临界温度为400，而普通混凝土为200T.在临界温度之前，高强混凝土强度、弹性模量随温度升高而降低的速率小于普通混凝土，而临界温度之后，降低速率明显大于普通混凝土。