高温对高性能混凝土微观结构与蒸汽压的影响

摘要

高性能混凝土由于具有比普通混凝土更优秀的性能，目前已经在各种超高层建筑、大跨度桥梁以及隧道等许多使人类生活更加方便的工程中得到了使用。但是相比于普通混凝土，由于高性能混凝土拥有较低的渗透性，较致密的内部结构，所以当其遭受火灾或者高温时，表现出和普通混凝土不一样的劣化特征，在受热的情况下高性能混凝土更加可能产生爆裂，严重影响了建筑物的抗火性能，给广大人民的生命财产安全带来了巨大的威胁。因此，分析高性能混凝土相关性能与所受温度之间的关系，研究高性能混凝土受高温后产生爆裂劣化现象的原因，对改善混凝土材料性能、提高结构抗火能力具有重要的意义。
　　本文按照实际工程所使用的混凝土配合比选择合适的原材料配制设计强度等级为C60的高性能混凝土，研究其力学性能随受热温度的变化规律，并采用压汞测孔法和 X射线 CT扫描技术对其微观结构随温度的变化进行分析研究，同时使用自制的仪器设备对高性能混凝土受高温蒸汽压的变化进行了观测分析，最后根据试验结果对高性能混凝土高温爆裂的原因进行了理论分析。主要内容如下：
　　一、通过查阅国内外相关文献，综述了高性能混凝土研究进展以及其高温爆裂机理的研究状况。
　　二、温度对高性能混凝土基本力学性能产生的影响。主要测试经过不同温度烧透的混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度以及轴心抗压强度，分析其基本力学性能之间随同所受温度的变化关系。结果发现：高性能混凝土力学性能伴随着其所受温度的升高具有明显劣化的趋势，当混凝土受热在500℃以下时，混凝土抗压强度所产生的劣化现象比较缓慢，当混凝土受热大过500℃时，混凝土力学性能开始迅速劣化，混凝土抗压强度变小的趋势明显加快。并且分别归纳出混凝土试件受热温度与相对残余抗压强度、相对残余劈裂抗拉强度以及相对残余轴心抗压强度的数学关系式。
　　三、混凝土孔隙结构随收受温度变化的规律。主要采用压汞测孔法对混凝土高温前后的孔隙结构进行测试，并且结合几何学中的分形维数方法对高温前后高性能混凝土孔隙结构随温度的的变化规律进行了分析研究，同时为了更直观的看到温度对混凝土孔结构的影响，本章还使用 X射线 CT扫描技术对混凝土试件进行扫描观测。结果发现：混凝土的孔隙率、平均孔径和总孔体积随温度的增大呈现出变大的趋势，孔表面积变化没有明显的规律；混凝土孔结构是以孔径为50nm左右的孔为分界点表现出两种不同的分形特征的；引起 C60高性能混凝土孔隙分布突变的阈值温度在350℃左右；通过对混凝土CT扫描图片进行处理发现混凝土孔结构的变化趋势和通过混凝土孔结构分形维数所分析的变化趋势相似。
　　四、混凝土孔隙水蒸汽压随所受温度以及受热位置变化的规律。主要使用自制的试验装置对混凝土受热产生的孔隙水蒸汽压进行了测试分析。主要结论如下:混凝土内部所产生的蒸汽压沿着混凝土受火面呈现出梯度降低的趋势；混凝土各个位置产生蒸汽压的时间也不相同，受火面最先开始产生蒸汽压，随着受热时间的增加混凝土产生的蒸汽压最大值也沿着受热时间呈现出梯度变化的规律。
　　五、高性能混凝土产生爆裂的理论分析。通过采用弹性力学相关知识对混凝土孔隙结构等微观特征随温度变化的规律以及混凝土孔隙水蒸汽压随温度变化的相关规律进行了分析。结果发现：混凝土受火产生的蒸汽压对混凝土爆裂的发生具有重要影响。
　　本文旨在通过研究温度对高性能混凝土蒸汽压与微观结构的影响，对高性能混凝土受高温产生爆裂现象的研究提供一些参考。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 高性能混凝土性能以及高温性能的研究现状

1.3 高性能混凝土高温爆裂及其机理的研究

1.4 高性能混凝土微观结构及其随温度变化的研究现状

1.5 本文的研究内容

第二章 高性能混凝土受高温前后基本力学性能

2.1 引言

2.2 混凝土的制备

2.3 试验仪器与过程

2.4 试验现象与结果

2.5 本章小结

第三章 高性能混凝土孔结构特征受高温作用下的演化规律

3.1 引言

3.2 混凝土孔结构的研究

3.3 试验设计

3.4 试验结果分析

3.5 本章小结

第四章 高温作用下高性能混凝土内部蒸汽压的试验研究

4.1 引言

4.2 混凝土内部蒸汽压

4.3 试验概况

4.4 试验现象及结果

4.5 爆裂原因分析

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文