混雜纖維活性粉末混凝土耐高溫性能研究

高衛平

(新疆希爾路橋工程有限公司，新疆　烏魯木齊　830011)

?

混雜纖維活性粉末混凝土耐高溫性能研究

高衛平

(新疆希爾路橋工程有限公司，新疆烏魯木齊830011)

高衛平(1973—)，工程師，主要從事路橋工程施工及管理工作。

摘要：為了研究鋼纖維、聚丙烯纖維混雜對活性粉末混凝土耐高溫性能的影響，文章通過試驗研究了鋼纖維和聚丙烯纖維單摻、混雜對混凝土經受高溫后的抗壓強度和抗折強度的影響。結果表明：單摻兩種纖維時，混凝土抗壓強度和抗折強度都隨溫度的升高表現出先增大后減小的變化趨勢；鋼纖維能顯著提高混凝土經受高溫后的強度，且摻量越多提高幅度越大，而聚丙烯纖維只是在溫度高于200℃時才對活性粉末混凝土的耐高溫性能有改善作用；纖維混雜顯著提高了混凝土的耐高溫性能，鋼纖維對經受高溫后的抗折強度和抗拉強度的改善效果遠大于聚丙烯纖維。

關鍵詞：活性粉末混凝土；鋼纖維；聚丙烯纖維；纖維混雜；耐高溫性能；抗壓強度；抗折強度

0引言

活性粉末混凝土是由石英粉、水泥、硅灰和高效減水劑等材料混合后，采用適當的養護工藝制成的一種超高性能水泥基復合材料[1-2]。由于其自身的優勢，活性粉煤混凝土的使用范圍越來越廣，被應用于高層建筑結構的范例越來越多[3-4]。但是，一旦發生火災，由于活性粉末混凝土密實度更大、強度更高[5-6]，在高溫下發生破壞的可能性更大，因此對人民生命財產安全造成的威脅也更大。目前國內學者對活性粉末混凝土的研究主要集中于力學性能和耐久性方面。對活性粉末混凝土的高溫抗爆裂性能研究較少。本文通過試驗研究了鋼纖維和聚丙烯單摻、混摻對活性粉末混凝土經受高溫后抗壓強度和抗折強度的影響，為進一步研究活性粉末混凝土的性能提供新的參考。

1原材料

水泥選用陜西秦嶺有限公司生產的P.O 42.5水泥，其物理力學性能見表1；礦物外摻料分別為硅灰和礦渣粉，兩者的比表面積分別為20 890 m2/kg和4 750 cm2/g，其化學組成見表2；石英砂粒徑范圍為0.16～1.25 mm；鋼纖維采用鋼絲，聚丙烯纖維為長堅聚丙烯纖維；減水劑選用高效聚羧酸系減水劑?；炷僚浜媳热绫?所示。進行高溫試驗時，先將試件放入溫度為90 ℃的混凝土加速養護箱中養護3 d，再在標準養護室養護60 d，等其晾干后放入可調溫的高溫加熱箱中進行加熱，加熱至規定溫度后將試件取出，自然冷卻至室溫后再進行強度測試。

表1　水泥的物理力學性能表

表2　礦物外摻料的化學組成(%)數值表

表3　混凝土配合比(kg/m3)數值表

2鋼纖維和聚丙烯纖維單摻時混凝土耐高溫性能

要研究兩種纖維混摻時活性粉末混凝土的耐高溫性能，必須先研究兩種纖維單摻時對混凝土耐高溫性能的影響，以便初步確定兩種纖維混摻時的相對比例。分別控制鋼纖維摻量為0%、1%、2%和3%，聚丙烯纖維摻量為0.1%、0.2%和0.3%，測定經受不同程度的高溫后兩種粉末混凝土的抗壓強度和抗折強度，試驗結果分別如圖1和圖2所示。

(a)鋼纖維活性粉末混凝土

(b)聚丙烯纖維活性粉末混凝土

從圖1可以看出，隨著溫度的升高，兩種活性粉末混凝土的抗壓強度都出現先增大后減小的變化規律，當溫度達到一定值時混凝土的抗壓強度出現最大值，鋼纖維活性粉末混凝土和聚丙烯纖維活性粉末混凝土抗壓強度達到最大值時對應的溫度分別為400 ℃和300 ℃。解釋其原因為：由于活性粉末混凝土中富含硅灰、礦渣等活性摻和料，當溫度區域較低時，隨著溫度的升高摻和料的活性逐漸增強，同時激發水泥的水化反應和火山灰效應逐漸增強，從而使混凝土抗壓強度得到提高；而當溫度超過一定值時，高溫造成的混凝土內部損傷加劇，水泥凝膠體逐漸解體，與纖維之間的粘結力逐漸喪失，纖維的增強作用急劇減小，導致混凝土抗壓強度大幅降低；當溫度>200 ℃時，隨著兩種纖維摻量的增多，兩種活性粉末混凝土的抗壓強度逐漸升高，其中，當鋼纖維和聚丙烯纖維摻量分別達到2%和0.2%之后，再增加纖維摻量引起的抗壓強度的增長程度并不明顯。

(a)鋼纖維活性粉末混凝土

(b)聚丙烯纖維活性粉末混凝土

從圖2可以看出，兩種活性粉末混凝土抗折強度隨溫度變化的規律與抗壓強度相似，只是兩者到達最大值時對應的溫度不同，鋼纖維活性粉末混凝土和聚丙烯纖維活性粉末混凝土抗折強度最大時對應的溫度分別為200 ℃和300 ℃。鋼纖維的摻入能明顯改善混凝土高溫后的抗折強度，且摻量越多改善效果越好。這主要是因為鋼纖維具有良好的導熱性能，混凝土加熱時熱量通過鋼纖維傳導使混凝土以最快的速度達到內外溫度的均勻和平衡，減小了溫度應力，抑制了高溫下混凝土體積的變化，因此抗折強度提高。聚丙烯纖維的熔點為165 ℃，當溫度低于其熔點時，聚丙烯纖維未熔化，而與混凝土基體相比，聚丙烯纖維模量較小，因此聚丙烯纖維摻量越大抗壓和抗折強度越??；而當溫度>165 ℃時，聚丙烯纖維熔化，使混凝土內部出現大量的連通孔隙，高溫引起的蒸汽能快速排到混凝土外部，減小了高溫對混凝土的內部損傷，因此PPF摻量越多，抗壓和抗折強度越大。

3混雜纖維活性粉末混凝土耐高溫性能

為了研究纖維混雜效應對活性粉末混凝土耐高溫性能的影響，測定3%鋼纖維+0.1%聚丙烯纖維(A)、3%鋼纖維+0.2%聚丙烯纖維(B)和1%SF+0.2%聚丙烯纖維(C)三種混雜纖維混凝土經受高溫后的強度，結果如表4所示。

表4　混雜纖維活性粉末混凝土的耐高溫性能表

從表4可以看出，纖維混雜后混凝土的抗壓強度隨溫度的升高表現出先增大后減小的變化規律，當溫度為400 ℃時混雜纖維粉末混凝土的抗壓強度達到最大值。相同條件下，鋼纖維摻量越大抗壓強度越高。這是因為鋼纖維能抑制由高溫造成的混凝土內部裂縫的擴展，且摻量越多抑制效果越好。當溫度<700 ℃時，聚丙烯纖維摻量越大抗壓強度越小，而當溫度>700 ℃時，聚丙烯纖維摻量越大抗壓強度越大。這主要是因為，當溫度<700 ℃時，雖然鋼纖維對抗壓強度有較大貢獻，但此時聚丙烯纖維熔化產生的缺陷嚴重影響了抗壓強度；而當溫度>700 ℃時，高溫蒸汽急需排出混凝土外部，此時聚丙烯纖維對混凝土高溫損傷的改善起主導作用，因此聚丙烯纖維摻量越大抗壓強度越大。

三種混雜纖維混凝土的抗折強度和隨著溫度的升高逐漸降低，當聚丙烯纖維摻量都為0.2%，且SF摻量由1%提高至3%時，高溫后混凝土的抗折強度大幅提高，表明鋼纖維對活性粉末混凝土高溫后的抗折強度具有顯著的影響。當鋼纖維摻量一定時，聚丙烯纖維對抗折強度的影響很小，只有在溫度達到500 ℃以后才會對其有改善作用。

4結語

(1)纖維單摻時，隨著溫度的升高活性粉末混凝土的抗壓強度和抗折強度都表現出先增大后減小的變化規律，當溫度分別為400 ℃和300 ℃時，鋼纖維活性粉煤混凝土和聚丙烯纖維活性粉末混凝土的抗壓強度有最大值，抗折強度最大時對應的溫度分別為200 ℃和300 ℃。

(2)鋼纖維能明顯提高活性粉末混凝土高溫后的強度，顯著抑制活性粉末混凝土的高溫爆裂，且摻量越大抑制效果越好；而聚丙烯纖維只是在溫度>200 ℃時，對混凝土的耐高溫性能有改善作用，當溫度<200 ℃時，反而對高溫后的強度產生不利影響。

(3)隨著溫度的升高，混雜纖維活性粉末混凝土的抗壓強度表現出先增大后減小的變化趨勢，而抗折強度逐漸降低；鋼纖維對活性粉末混凝土高溫后的抗折強度具有顯著的影響，而聚丙烯纖維對抗折強度的影響較小。

參考文獻

[1]胡曙光，彭艷周，陳凱，等.摻鋼渣活性粉末混凝土的制備及其變形性能[J].武漢理工大學學報，2009，31(1)：26-33.

[2]劉永道，孫克平，楊文，等.170MPa免蒸養活性粉末混凝土的制備與試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2013(9)：13-16.

[3]謝友均，劉寶舉，龍廣成.摻超細粉煤灰活性粉末混凝土的研究[J].建筑材料學報，2001，4(3)：280-284.

[4]朱英磊.活性粉末混凝土的性能研究及應用[J].混凝土，2000(7)：31-33.

[6]劉娟紅，王棟民，宋少民，等.大摻量礦粉活性粉末混凝土性能與微結構研究[J].武漢理工大學學報，2008，30(11)：54-57.

Research on High-temperature Resistance Performance of Hybrid-fiber Reactive Powder Concrete

GAO Wei-ping

(Xinjiang Xi’er Road and Bridge Engineering Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830011)

Abstract：In order to study the effect of steel fiber and polypropylene fiber hybrid on the high-temperature resistance performance of reactive powder concrete，this article，through the experiments，studied the effect on the compressive strength and flexural strength of concrete after the high temperatures by the individual addition and hybrid mixing of steel fiber and polypropylene fiber.The results showed that：when individually adding these two fibers，the compressive strength and flexural strength of concrete exhibited the changing trend of first increase and then decrease with the increasing temperature；the steel fiber can significantly improve the strength of concrete after subjected to high temperatures，and the more addition content，the greater the increase rate，while the polypropylene fibers can improve the high-temperature resistance performance of reactive powder concrete only when the temperature is above 200 ℃；the fiber hybrid significantly improved the high temperature resistance performance of concrete，and the steel fiber had much greater improving effect on the tensile strength and flexural strength after subjected to high temperatures than polypropylene fibers.

Keywords：Reactive powder concrete；Steel fiber；Polypropylene fiber；Fiber hybrid；High-temperature resistance performance；Compressive strength；Flexural strength

收稿日期：2016-01-30

文章編號：1673-4874(2016)02-0013-04

中圖分類號：U415.6

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.02.003

作者簡介