包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件研究

張瑩 王雅靜 李佳閣 康竑韜

摘要：隨著中國經濟的穩定發展，耐火材料的新型混凝土的發展已經成為未來研究和發展趨勢。本文擬對一種包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件進行研究，通過對其耐火性能的研究來提高結構的整體耐火性和安全可靠性。本文主要介紹了包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件發展的現狀、不足之處，以及包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件的發展前景。

關鍵詞：包覆耐火材料；鋼筋混凝土構件；發展前景

一、緒論

近年來，關于包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件的研究還是非常新的領域。國內外有許多研究者在此領域開展工作。混凝土的防火技術還不是很成熟。這一領域的進一步研究對于實現以低成本提高材料可靠性的目標具有重要意義。同時，對結構智能化、整體化混凝土的進一步發展也具有重要意義。綜合耐火混凝土材料在理論研究上和工程實踐中存在的不足，從而提出了一種包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件的新型研究。本文主要對傳統的鋼筋混凝土構件防火設計方法進行了創新研究，利用試驗結果驗證了該方法的可行性，并與傳統鋼筋混凝土構件的耐火性能進行了比較，得出了優化設計方法。

一般來說，當火焰直接燃燒在鋼筋混凝土構件上時，鋼筋混凝土構件的表面溫度會迅速升高，但由于混凝土表面的熱慣性，構件的內部會緩慢上升，因此溫度不高。在火災撤離后，構件溫度下降，由于構件表面混凝土溫度變化大，收縮量較大，會產生較多的龜裂。高溫對鋼筋混凝土構件產生溫度應力，使構件產生變形，破壞了構件的整體性，降低了構件的承載能力。這不僅影響到建筑物的使用壽命，而且危及建筑結構的安全。對于工程技術人員來說，鋼筋混凝土構件的問題是一個長期困擾著他們的重大技術問題。

當今，鋼筋混凝土結構得到廣泛應用。究其原因是因為鋼筋混凝土具有取材廣泛、成本低等優點。目前，我國90%以上的建筑（包括大量的民用住宅、商場、醫院、體育場等公用建筑以及大量的公路鐵路橋梁等）均為鋼筋混凝土結構。鋼筋混凝土結構雖然規模大，但其生產質量也不同，尤其是上世紀80年代和90年代的建筑。在服務過程中，這些建筑物受到環境侵蝕、負荷變化等因素的影響。他們提前失去能力，不得不提前撤退。所以鋼筋混凝土的耐火研究是當今建筑行業急需解決的問題。

二、包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件

包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件即是指在鋼筋混凝土外面包覆一種耐火材料。該結構具有整體結構輕，節省鋼筋骨架和混凝土用量的特點；外層熔鑄耐火涂料的耐火技術是建筑工業化后的一項新技術，也是未來智能混凝土的主流技術。這樣整體設計上就可以提高鋼筋混凝土結構強度，延長使用壽命，提高耐火性能。澆注料普及于耐火混凝土但是爆裂性脫落的危險不可避免，加入有機纖維成本過高，因此采用一種外層澆筑的耐火材料直接涂抹于混凝土表面，有利于墻體或柱體長期維護并且降低成本減小爆裂性剝落損壞。首先應進行混凝土的制作，將準備好的砂石、石子、水泥、水，按照配合比進行攪拌，并測試坍落度，符合要求后進行混凝土構件制作。

三、包覆式耐火材料的研究

包覆式耐火材料分為外包料和外涂料兩種。采用外包料時使用螺栓將防火板與鋼筋混凝土進行連接，但這個過程中極易出現鉆孔難以及與混凝土結合不嚴密等問題。而后需要進行混凝土的耐火涂層的澆筑，澆筑后將澆筑耐火涂層的構件與普通混凝土構件進行高溫加熱對比試驗，試驗后會發現對于沒有涂層的混凝土構件相較于澆筑了耐火涂層的混凝土耐火極限低，發生明顯形變，且出現明顯裂縫，結構出現變化，構件強度相比實驗前顯著降低，而澆筑耐火涂層的混凝土有明顯形變，有裂縫，且經過檢測后混凝土強度降低較小。為此改進試驗方案在耐火涂層的澆筑上選擇加厚耐火涂層第二次試驗，發現涂層加厚后較之前的具有涂層的混凝土加厚的混凝土外表溫度明顯降低，構件收縮量減小，構件裂紋也相對減少。但是這種防火涂料并未達到我們需要預期標準，在之后的試驗中更換水性防火材料，使防火極限增加，達到耐火的等級更高，且更環保的目的。

四、包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件的研究現狀

近些年來，國內外學者對高溫下鋼筋和混凝土的熱工性能開展了大量的理論和實驗研究，并取得了一系列的研究成果。custaferro等人提出了確定鋼筋混凝土梁耐火性能的方法。該方法考慮了大量的火災情況，并對大量實驗數據進行了分析和總結。具有一定的準確性和適用性。Ellingwood和其他6個足尺鋼筋混凝土簡支梁進行抗火，研究了鋼筋混凝土梁在火災作用下的抗剪和抗剪性能。

結果表明，在火災初期，鋼筋混凝土梁在支座處存在明顯的剪切裂縫，但最終由于大撓度而出現彎曲破壞。建立的數學模型也檢驗了混凝土簡支梁的火災行為。

陸洲導還研究了鋼筋混凝土簡支梁在高溫下的耐火性能。采用有限差分法分析了纖維的變形特性，并對梁的溫度場和溫度場進行了模擬。計算結果與試驗結果吻合較好。石東旭對下火三面，鋼筋混凝土軸心受壓柱進行了研究，結果表明，三的表面損傷形成和正常溫度的不同，它是由機械負荷的影響，加熱過程。楊建平等人，首先研究了兩種加熱加載方式對鋼筋混凝土受彎構件在升溫、加載和加載后的耐火性能的影響規律，進而提出了火災作用下混凝土熱力耦合的本構關系。

五、包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件的發展前景

伴隨人類社會的不斷發展，可供人類使用的現有資源越來越少，如何合理利用資源，從而降低單位產品能耗及保護環境的要求與標準也將愈來愈高，因此，涂有耐火材料的鋼筋混凝土構件將在耐火混凝土的未來生產中發揮重要作用，各種新型的粘結體系也將被用來提高耐火材料的抗火、抗折強度和抗壓強度。同時，采用新型耐火骨料加減水劑提高混凝土的耐火等級也是一種既方便又有效的方法。

在包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件的發展前景上應積極響應國家號召，節能環保，例如利用高稠度陶瓷結合劑懸浮液制成的材料更加環保，無毒，且可以回收再利用，加入少量黏土可以提高結合劑的穩定性及耐火混凝土的強度和密度等其他優勢，所以在建筑方面我們不僅僅要節水節地節材節能，更要注意資源的回收再利用。在世界各地每年建筑垃圾的消耗是顯而易見的，且屬于世界上不可避免的能源浪費之一，所以我們研究包覆耐火材料的鋼筋混凝土構件的同時應注重環保以及能源再生時應考慮無機材料產生的污染以及有機材料在燃燒時產生二氧化碳而導致溫室效應及海平面上漲等不利于環保的因素。我們采用的這種耐火涂層澆筑混凝土避免了傳統外包外涂材料長時間易脫落且易氧化失效等弊端，可以長時間作用于混凝土外表，且成本低廉，易于投入生產，有利于后期建筑維護。并且會減少有害氣體及建筑垃圾產生。

六、結語

本文介紹了兩種關于混凝土耐火的方法，雖然這兩種方法還存在不足，但隨著包覆耐火材料混凝土技術的不斷發展與完善，這兩種技術一定會被推廣應用到更多建筑中。雖然混凝土耐火技術尚處在探索階段，可是它展現出的優點足以引起人們的重視，混凝土耐火技術具有非常好的發展前景。

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