聚丙烯纖維混凝土與玄武巖纖維混凝土燃燒性能研究

覃杰 胡濤 唐明英 全成 鄒飛 張金秋

（貴州省公路工程集團有限責任公司，貴州 貴陽 550008）

0 引言

因為現代隧道車流量日益增加，需要通行運輸危險材料的車輛也不斷增多，導致發生火災的可能性不斷增加，又因為現代隧道的長度日益增長，發生火災時，排煙、逃生、救援難度加大，導致火災的時間延長，對建筑物的損壞很大，所以對于長隧道結構物使用的材料有必要考慮耐火性能的高低問題。

1 工程概況

桐梓隧道位于重遵高速第七和第八合同段，為貴州第一長高速公路隧道，左洞長10497m,右洞長10485m。該隧道離地面垂直深度最高可達630米，由于其穿過煤系地層，存在高瓦斯段落。為了防止營運過程中火災對混凝土的損害，引發混凝土后面的瓦斯，發生更嚴重的連鎖反應災害，所以對聚丙烯纖維混凝土和玄武巖纖維混凝土的抗燃燒性進行試驗研究，為工程材料選用提供參考。

2 燃燒試驗方法

1）纖維明火燃燒直觀試驗：在兩種纖維中加入煤油，點明火燃燒，聚丙烯纖維見火就卷，玄武巖纖維燃燒后不變形。

2）用于燃燒試驗的配合比和材料：采用相同的配合比（水泥∶砂：碎石∶減水劑∶速凝劑∶水：纖維=450∶890∶789∶3.6∶27.0∶171∶1.5），聚丙烯纖維和玄武巖纖維，碎石粒徑5～12mm。

3）試件：使用兩種不同規格的試件，一種為100*100*100mm的立方體試件，另一種為40*40*160mm的膠砂試件。

4）設備：使用2000℃高溫爐。

5）試驗方法：先把常溫的試件放入高溫爐，燃燒到所需的溫度后，繼續燃燒兩小時，冷到室溫再進行抗壓和抗折試驗。燃燒的溫度分別是100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃。

3 試驗結果數據分析

3.1 40＊40＊160mm的試件燃燒試驗數據統計分析

圖1 不同溫度下玄武巖纖維混凝土抗折抗壓強度損失曲線（40＊40＊160試件）

圖2 不同溫度下聚丙烯纖維混凝土抗折抗壓強度損失曲線（40＊40＊160試件）

1）在相同溫度情況下，玄武巖纖維混凝土抗折強度損失大于抗壓強度損失15%～40%（圖1），聚丙烯纖維混凝土抗折強度損失大于抗壓強度損失15%～56%（圖2）。

2）燃燒到500℃以下時，聚丙烯纖維混凝土抗折強度損失大于玄武巖纖維混凝土抗折強度損失（圖3）。

3）隨著溫度增加，混凝土抗壓強度損失在變化。燃燒到300℃時以下時，混凝土抗壓強度損失小于10%（圖4）。

4）燃燒到400℃時，聚丙纖維混凝抗折強度損失67%，玄武巖纖維混凝土抗折強度損失40%（圖3）。

5）抗壓強度損失比較，聚丙纖維混凝抗壓強度損失大于玄武巖纖維混凝土抗壓強度損失（圖4）。

圖3 不同溫度下玄武巖纖維混凝土與聚丙烯纖維混凝土抗折強度損失（40＊40＊160試件）

圖4 不同溫度下玄武巖纖維混凝土與聚丙烯纖維混凝土抗壓強度損失（40＊40＊160試件）

3.2 10＊10＊10的混凝土試件燃燒試驗數據統計分析

1）燃燒試驗后觀察，玄武巖纖維混凝土燃燒到800℃，試件破壞后還能看見纖維，聚丙烯纖維混凝土燃燒到300℃，試件破壞后就看不到纖維。說明玄武巖纖維耐高溫性能好。

2）抗壓強度損失隨溫度增加而增加，在相同溫度條件下聚丙烯纖維混凝土損失大于玄武巖纖維混凝土（圖4）。

3）在同等溫度下，試件越小，燃燒后強度損失越大（圖5）。

圖5 兩種規格的試件（40＊40＊160與10＊10＊10）燃燒到不同溫度下的強度損失情況

4 特長隧道結構物燃燒極限規定

根據《建筑設計防火規范》GB 50016-2018規定，隧道應按其封閉段長度和交通情況分為一、二、三、四類，并應符合表1的規定。

表1 單孔和雙孔隧道分類

對于一、二類隧道，其承重結構體耐火極限不應低于2.00h。受火后，當距離混凝土底表面25mm處鋼筋的溫度超過250℃，或者混凝土表面的溫度超過380℃時，則判定為達到耐火極限。

5 分析

根據試驗數據，兩種纖維混凝土達到耐火極限的溫度（380℃）時，混凝土抗壓強度損失小于15%（圖5），不影響受壓結構物的使用功能。從圖3看出，溫度為380℃燃燒2h時，聚丙纖維混凝土抗折強度損失60%，玄武巖纖維混凝土抗折強度損失40%，嚴重影響彎拉構件的受力，但玄武巖纖維混凝土抗折強度損失相對較小。

6 總結

玄武巖纖維混凝土與聚丙纖維混凝土燃燒后性能比較，有以下優點：1）相同溫度下，抗壓強度損失小；2）抗折強度損失最大時小于50%；3）玄武巖纖維屬于無機材料，不易燃燒；4）在彎拉構件中耐火性能高，能提高50%的抗風險能力；5）又因桐梓隧道10.4km,出現火災時救援時間可能延長，為了提高瓦斯地段的安全系數，建議采用玄武巖纖維來增強混凝土抗折、抗裂性能。