摘要：針對高性能混凝土的防火、抗爆裂性能低的特點，采用低熔點（聚丙烯纖維）及高熔點纖維（鋼纖維）混雜的方法，對高性能混凝土高溫性能（抗折強度、抗壓強度及劈裂抗拉強度，抗爆裂性能）進行改善。研究表明，800℃ 時，混雜纖維混凝土的抗折強度剩余率約15% ，明顯高于基準混凝土的抗折強度剩余率（約6%）；抗壓強度剩余率約15%，與基準混凝土的強度剩余率相當（約15%）；劈裂抗拉強度剩余率約20% ，明顯高于基準混凝土的抗折強度剩余率（約10%）。另外混雜纖維明顯提高了混凝土的抗爆裂性能，同時分析了混雜纖維改善高性能混凝土高溫性能的作用機理。
關(guān)鍵詞： 昆雜纖維；高性能混凝土；高溫性能；抗爆裂性
20世紀70年代，很多學(xué)者對普通混凝土高溫性能的研究表明，混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)受熱過程中可能發(fā)生毀壞性爆裂，對于脆性和密度更大、滲透性更低的一般高強高性能混凝土，爆裂更易產(chǎn)生，導(dǎo)致材料強度損失甚至構(gòu)件坍塌，而且壓應(yīng)力越大，這種破壞越嚴重，日本最近的研究表明，在混凝土內(nèi)摻人一定量聚丙烯纖維可以起到防爆作用，歐洲一些學(xué)者的試驗也證明了這點?；谶@些研究成果，筆者采用低熔點（聚丙烯纖維）及高熔點纖維（鋼纖維）混雜，從增強混凝土高溫力學(xué)性能及防爆裂方面進行了研究。同時分析了混雜纖維改善高性能混凝土高溫力學(xué)性能及抗爆裂性能的作用機理。
1 試驗原材料與試驗方法
1.1 試驗原材料
1.1.1 水泥
試驗中采用浙江三獅42.5級普通硅酸鹽水泥，其物理性能指標列于表1。
1.1.2 粉煤灰
試驗中采用粉煤灰為匯能II型復(fù)合粉煤灰，其物理力學(xué)性能指標見表2。
1.1.3 粗骨料
玄武巖碎石，粗骨料為5～20 mm連續(xù)級配碎石。
1.1.4 細骨料
福建閩江砂，中砂，細度模數(shù)為2.7，密度為2.65 g。cm3。
1.1.5 減水劑
試驗采用GraceS20高效減水劑，減水率大于20% 。
1.1.6 鋼纖維
Harex鋼絲鋼纖維：l=30mm，d=0.60 mrn，l／d=50（端鉤型）。
1.1.7 聚丙烯纖維
本試驗采用長堅聚丙烯纖維，其技術(shù)指標見表3。
本試驗研究用各高性能混凝土配合比lf}計見表4。
1.2 試驗方法
試件尺寸：150 mrn×150mrn×150 mm（抗壓強度、破裂抗拉強度）；150 mm×150 mm×550 mm（抗折強度）。
試件成型后，經(jīng)過24 h室溫下養(yǎng)護脫模，然后在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護至60 d，再在常溫下放置1 d后進行高溫試驗。高溫試驗所用電爐的升溫曲線如圖1所示。本電爐的最高溫度可達1 100℃ ，爐膛溫度可自動控制，達到指定溫度后恒溫2 h。采用正常升溫方式，即把混凝土從初始溫度直接升到目標溫度（本文規(guī)定的目標溫度為400，800，1 000℃）。冷卻方式采用爐內(nèi)自然冷卻。摻混雜纖維混凝土抗爆裂陛能影響試驗溫度為800℃和1 000℃。
2 試驗結(jié)果分析
2.1 混雜纖維對高溫下混凝土抗折強度的影響
從圖2可知，同配比的HF，PF，HPF的抗折強度較JF的高，在200℃前JF的抗折強度隨溫度升高而降低的速度比HF，PF，HPF的慢，PF抗折強度降低的速度最快。在200～400℃范圍內(nèi)，JF的抗折強度隨溫度升高而降低的速度比HF，PF，HPF的快?；炷吝_到800℃高溫時，JF與HF，PF的抗折強度相差不多，剩余抗折強度約為常溫混凝土抗折強度的6%左右，而HPF的抗折強度剩余率約為15%，之所以出現(xiàn)上述現(xiàn)象，是因為聚丙烯纖維的熔點為165℃ ，隨著溫度超過熔點，纖維將會揮發(fā)逸出，則聚丙烯纖維對抗折強度所起的作用將消失，特別是纖維揮發(fā)會在混凝土中引入一定數(shù)量的孔道，因此對混凝土的抗折強度不利。在200-400℃范圍內(nèi)，混凝土由于受到高溫的作用，內(nèi)部蒸汽壓急劇增加，基準混凝土（JF）中由于沒有纖維揮發(fā)時形成的孔道，所以抗折強度急劇降低。到溫度升高到一定程度時，纖維揮發(fā)殆盡，導(dǎo)致HF，PF，HPF與JF的抗折強度隨溫度的變化趨同。
2。2 混雜纖維對高溫下混凝土抗壓強度的影響
從圖3可以看出，jF，PF常溫下的抗壓強度相差不大，HF， F的抗壓強度高于JF，約為15%左右。隨著溫度升高，JF，PF。HF， F抗壓強度的變化趨勢相同，而且抗壓強度降低的速度也相差不大。
2。3 混雜纖維對高溫下混凝土劈裂抗拉強度的影響
由圖4可知，在常溫下，JF，PF常溫下的劈裂抗拉強度相差不大，HF，HPF的劈裂抗拉強度高于JF，約為20%左右。當溫度升高到800℃ 時，JF，PF的劈裂抗拉強度剩余率約為10%左右，而HF，HPF的剩余率約為20%左右。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是，由于鋼纖維的存在，提高了高溫下混凝土的劈裂抗拉強度剩余率，由此可以看出，摻加鋼纖維可以提高 昆凝土高溫后的抗拉性能。
2。4 混雜纖維對混凝土抗爆裂性能的影響
圖5，6分別800℃及1000℃下，混雜纖維及聚丙烯纖維改善混凝土抗爆裂性能對比圖。
從圖5，6可知摻有聚丙烯纖維及混雜纖維混凝土的抗爆裂性能明顯優(yōu)于不摻纖維及只摻鋼纖維的混凝土。
3 混雜纖維改善混凝土高溫性能的機理探討
一般認為混凝土受熱爆裂的過程，就是混凝土中水分從混凝土內(nèi)部逸出的過程。隨著溫度的升高，混凝土強度損失的速率增加，600℃時強度會損失50%，800℃ 時強度損失在80%左右。對于高強度混凝土，由于其密實度高，孔隙率低，蒸發(fā)通道不暢，使水不能足夠快地逸出，從而產(chǎn)生幾乎達到飽和蒸汽壓的過高蒸汽分壓，遠遠超過混凝土抗張強度，導(dǎo)致混凝土不能抵御這種過大的內(nèi)部壓力而發(fā)生爆裂，水的熱動力學(xué)也表明，孔中壓力增加將導(dǎo)致表面保護層的爆炸性破壞。
高性能混凝土加入混雜纖維后，情況發(fā)生了變化。當溫度為180℃，混凝土還處于自蒸階段時，內(nèi)部壓力還不大，由于聚丙烯纖維的熔點極低，在該溫度下已經(jīng)熔化，但因其液態(tài)體積遠小于固態(tài)所占空問，于是形成眾多小孔隙，并由于聚丙烯纖維分散的均勻性及纖維細小而量又多，使得混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，孔隙的連通性加強，為混凝土內(nèi)部水分的分解蒸發(fā)提供了通道，也就緩解了由于水分膨脹所形成的分壓，使內(nèi)部壓力大大降低，從而防止了爆裂的產(chǎn)生。此外，混凝土中加入的鋼纖維卻能發(fā)揮其抗拉作用，當溫度達到450℃時，雖異形鋼纖維與混凝土問的粘結(jié)力將降低20%以上，但在一定程度上仍對混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展起約束作用，這就使得混凝土完整性在一定程度上仍能保持。并使得混凝土強度的降低幅度不大，高溫后仍有較高的強度，但混凝土的耐久性則由于混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的改變而大大降低。
4 結(jié)論
（1）在高溫下，混雜纖維能有效地阻止混凝土產(chǎn)生爆裂，并能較好地保持混凝土的完整性。高溫后仍能承受較高荷載，在800℃高溫下，混雜纖維混凝土的抗折強度剩余率為10%左右；劈裂抗拉強度剩余率為20%左右。
（2）高溫下，混雜纖維混凝土中聚丙烯纖維熔化后留下若干孔洞，形成高壓蒸汽的排出通道，阻止了爆裂的產(chǎn)生，但也因此削弱了混凝土強度，并形成了外部介質(zhì)入侵的連通性通道，從而大大降低了混凝土的耐久性。
（3）在溫度超過一定范圍時，基準混凝土與混雜纖維混凝土的抗折性能變化趨勢一致。
（4）混雜纖維混凝土可用于有防火要求的重要結(jié)構(gòu)中，并對火后鋼筋繼續(xù)起到保護作用，擴大了高性能混凝土的應(yīng)用范圍。
