早龄期混凝土高温作用后力学性能及抗渗性变化研究

摘要

近年来，随着社会基础设施不断完善，处在建设或者已完工状态下的建筑物或构筑物发生火灾的案例不胜枚举，并由此造成的直接损失呈逐年上升趋势。另外，火灾事故后，混凝土材料力学性能和抗渗性能会发生改变，而不同冷却方式又会影响到这种材料性能改变的程度。因此，对高温冷却后混凝土材料各项性能指标的研究具有紧迫性和实用性。但是研究发现，相关文献中大部分的试验均是建立在混凝土标养龄期≥28d开展的，很少涉及到早龄期(≤28d)混凝土高温性能衰减规律研究。然而，当早龄期混凝土结构发生火灾时，由于混凝土龄期较早，强度低，强度发展快;水泥未水化部分的自由水含量高，高温作用后蒸发严重，这些耦合因素的作用都会对混凝土材料产生较大破坏，从而影响混凝土结构长期性能，需要引起大家的足够重视。本文试验分别对2种冷却方式（包括:自然冷却、喷水冷却）下，7个早龄期阶段(包括:3d、7d、14d、21d、28d)和7个温度梯度（包括:300℃、400℃、500℃、600℃、700℃）作用的混凝土试件宏观特性、力学性能及抗渗性能开展正交试验（正交试验包括两部分:①“再养护前”是指将冷却后的早龄期混凝土试件直接进行试验测试;②“再养护后”是指将冷却后的早龄期混凝土试件放入标养室继续养护至150d(养护时间前后共150d)龄期后再进行试验测试）。主要成果如下:
　　(1)讨论了早龄期混凝土高温作用后试件颜色变化、裂缝发展及质量折减系数K1、K2、K3的变化规律。
　　(2)完成了对早龄期混凝土高温作用再养护前、后试件回弹值、超声波波速、抗压强度、动弹模量及电通量测试，并分析了各项性能指标在龄期、温度及冷却方式等耦合因素影响下的变化规律。同时对数据进行了曲线拟合，得到了经验公式，并建立了混凝土抗压强度与电通量之间的相关性。
　　(3)通过对比再养护前早龄期混凝土各项性能指标，得到了再养护后混凝土力学性能及抗渗性能的恢复能力。
　　(4)以发生火灾的青海某1-64m系杆拱桥为例，在常规试验检测基础之上，引入ANSYS有限元软件进行了瞬态热分析。结合试验、文献及规范，考虑材料强度折减，进行了有效截面换算。利用Midas civil软件建立有限元模型，进行了承载能力验算分析。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土高温作用机理研究

1．2．2 混凝土高温作用力学性能研究

1．2．3 混凝土高温作用抗渗性能研究

1．2．4 火灾后混凝土结构检测评估研究

1．3 研究的目的和意义及主要内容

2 试验过程

2．1 试验步骤

2．1．1 试验方案

2．1．2 试验材料及仪器

2．1．3 试件制备及养护

2．1．4 高温加热及冷却

2．2 试验指标及测试方法

2．2．1 混凝土回弹值测试

2．2．2 混凝土超声波测试

2．2．3 混凝土抗压强度测试

2．2．4 混凝土动弹模量测试

2．2．5 混凝土电通量测试

3 早龄期混凝土高温作用后宏观特性及质量变化

3．1 高温作用后混凝土试件颜色变化

3．2 高温作用后混凝土试件裂缝变化

3．3 高温作用后混凝土试件质量变化

3．4 本章小结

4 早龄期混凝土高温作用后力学性能变化研究

4．1 混凝土试件回弹值试验结果分析

4．1．1 混凝土试件回弹值与龄期及加热温度的关系

4．1．2混凝土试件高温作用再养护后回弹值变化研究

4．2 混凝土试件超声波波速试验结果分析

4．2．1 混凝土试件波速与龄期及加热温度的关系

4．2．2 混凝土试件高温作用再养护后波速变化研究

4．3 混凝土试件抗压强度试验结果分析

4．3．1 混凝土试件抗压强度与龄期及加热温度的关系

4．3．2 混凝土试件高温作用再养护后抗压强度变化研究

4．3．3 混凝土试件抗压强度与回弹值及超声波波速的关系

4．4 本章小结

5 早龄期混凝土高温作用后抗渗性变化研究

5．1 混凝土试件动弹模量试验结果分析

5．1．1 混凝土试件动弹模量与龄期及加热温度的关系

5．1．2 混凝土试件高温作用再养护后动弹模量变化研究

5．2 混凝土试件电通量试验结果分析

5．2．1 混凝土试件电通量与龄期及加热温度的关系

5．2．2 混凝土试件高温作用再养护后电通量变化研究

5．2．3 混凝土试件电通量与抗压强度的关系

5．3 本章小结

6 工程案例分析

6．1 工程概况

6．2 结构温度场推定

6．2．1 常规试验检测评估结果

6．2．2 ANSYS有限元瞬态热分析

6．3 火灾后材料强度与温度的关系

6．3．1 材料折减系数

6．3．2 有效截面换算

6．4 火灾后结构承载能力验算分析

6．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果