王小莉

（黃山學(xué)院建筑工程學(xué)院 安徽黃山 245041）

火災(zāi)下混凝土構(gòu)件發(fā)生巨響的表面剝落及分裂碎塊現(xiàn)象即為高溫爆裂，極大降低建筑物承載能力，具有脆性、突發(fā)性、破壞性，使建筑物出現(xiàn)嚴(yán)重破壞甚至倒塌，引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者不斷研究開(kāi)發(fā)綠色耐火的建筑材料。輕骨料混凝土具有輕質(zhì)高強(qiáng)，良好的保溫隔熱、耐久、抗震等性能，是良好的綠色、節(jié)能、環(huán)保的建筑材料，已不斷應(yīng)用在大體積、高層、大跨等工程中；因此其高溫性能受到高度關(guān)注，通過(guò)研究輕骨料混凝土高溫爆裂性能，掌握其爆裂機(jī)理，以尋求改善措施提高抗高溫爆裂性能，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)的耐火性。為此，本文論述改性輕骨料混凝土高溫爆裂性能研究進(jìn)展，并指出一些有待解決的問(wèn)題。

1 纖維改性輕骨料混凝土爆裂性能

輕骨料混凝土因骨料多孔性，具有孔隙率大，吸水率高，導(dǎo)熱系數(shù)及熱膨脹系數(shù)小，火災(zāi)下輕骨料混凝土產(chǎn)生較大溫度梯度和應(yīng)力場(chǎng)，內(nèi)部蒸汽壓力增大，使其先于普通混凝土發(fā)生爆裂，且破壞更嚴(yán)重；為提高其抗高溫爆裂性能，不少學(xué)者進(jìn)行改善措施研究。文獻(xiàn)[1]提出輕骨料混凝土中加入單絲聚丙烯纖維可顯著降低高溫爆裂的幾率。文獻(xiàn)[2～4]PP纖維（聚丙烯纖維）可以顯著提高混凝土抗拉強(qiáng)度、韌性、延性；輕骨料混凝土孔隙率大和密度小，骨料吸收率大，進(jìn)而濕度梯度?。惠p骨料混凝土中摻入熔點(diǎn)大約170℃的pp纖維，隨著溫度升至其熔點(diǎn)溫度，PP纖維發(fā)生融化，在輕骨料混凝土中形成分布均勻的微孔道，提高了水蒸氣和熱量排出的速度，降低混凝土內(nèi)部壓力；由圖1與表1可知，隨著溫度升高800℃，普通混凝土表面最大裂縫寬度達(dá)到0.64mm，并出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象；纖維全輕混凝土，裂縫出現(xiàn)輕微，最大裂縫寬度為0.10mm，繼續(xù)升溫至1000℃后，出現(xiàn)多條放射性裂紋，但完整形好，未發(fā)生爆裂，由此可得聚丙烯纖維提高輕骨料輕混凝土的抗爆裂性。

圖1 PP纖維輕骨料混凝土與普通混凝土不同溫度下試件最大裂縫寬度變化

表1 隨著溫度升高兩種試件表面變化規(guī)律

文獻(xiàn)[5]通過(guò)四類試件：一般輕骨料混凝土、玄武巖纖維輕骨料混凝土、聚丙烯纖維輕骨料混凝土、混雜纖維輕骨料混凝土的試驗(yàn)性能結(jié)果對(duì)比分析；提出因聚丙烯纖維融化后形成貫穿在混凝土內(nèi)部的孔道網(wǎng)，提高試件孔隙率，加快排放水蒸氣，降低其內(nèi)部壓力，從而降低爆裂幾率，抗爆裂性能明顯提高，且聚丙烯纖維的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，抗爆裂性能愈加顯著；玄武巖纖維因具有熔點(diǎn)高，拉伸強(qiáng)度高，其可以降低混凝土內(nèi)的裂紋開(kāi)展，可以抑制高溫爆裂；得到聚丙烯纖維抗爆裂性能比玄武巖纖維要高。

2 其它改性輕骨料混凝土爆裂性能

自密實(shí)輕骨料混凝土避免了自密實(shí)混凝土的下沉與輕骨料混凝土的上浮問(wèn)題，干表觀密度小于1950kg/m3，具有自重輕、流動(dòng)性較大，澆筑時(shí)不用振搗等特性。文獻(xiàn)[6]自實(shí)輕骨料混凝土試件大約在400℃時(shí)，表面有微小裂縫；隨著溫度不斷升高到450℃后，個(gè)別試件角部爆裂；溫度上升到470℃時(shí)，發(fā)生嚴(yán)重爆裂，試件已碎裂；自密實(shí)輕骨料混凝土抗拉強(qiáng)度較低，易吸水，密實(shí)度大，高溫下產(chǎn)生的水蒸氣不易排出，進(jìn)而試件內(nèi)部蒸汽壓力大，在450℃左右，便產(chǎn)生爆裂，抗爆裂性能較差；研究表明影響爆裂性能的主要原因?yàn)檩p骨料的吸濕性與混凝土的密實(shí)度。文獻(xiàn)[7～8]采用成膜聚合物復(fù)合材料和地聚物材料裹覆輕骨料的改性輕骨料試件的吸水率比一般輕骨料混凝土減低大概30%。爆裂幾率在13%以下。高溫作用下分布在輕骨料混凝土內(nèi)的成膜聚合物形成網(wǎng)絡(luò)似的通道，有利于氣體排出，降低試件內(nèi)孔隙壓力，進(jìn)而提升其抗爆裂性能；在不斷升溫下地聚物產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物包裹了，可隔斷周圍溫度向里擴(kuò)散，有效消減試件界面過(guò)渡區(qū)的初始缺陷；改性輕骨料混凝土抵抗爆裂能力大幅度提高。

3 結(jié)論與展望

因輕骨料混凝土是一種綠色、節(jié)能、環(huán)保的建筑材料，現(xiàn)逐漸推廣應(yīng)用于各種建筑工程，但輕骨料混凝土孔隙率、含濕量較大，使其在火災(zāi)下易產(chǎn)生爆裂，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有改性輕骨料混凝土的高溫爆裂性能研究發(fā)現(xiàn)，該方面研究很少，有待進(jìn)一步研究一下方面：

（1）高溫與荷載耦合作用下改性輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能研究。

（2）影響改性輕骨料混凝土爆裂因素研究。

（3）改性輕骨料混凝土的高溫爆裂預(yù)測(cè)模型研究。

[1]Bilodeau A，Kodur V K R，Hoff G C.Optimization of the type and amount of polypropylene fibre for preventing the spallingof lightweight concrete subjected To hydrocarbon fire[J].Cementand Concrete Composites，2004，26（2）：163～174.

[2]周茗如，孫慶霞，曹萬(wàn)智，等.高溫后全輕混凝土性能及其微觀分析[J].建筑科學(xué)，2009，25（9）：30～33.

[3]孫慶霞，曹萬(wàn)智，薛海儒，等.纖維增強(qiáng)輕骨料混凝土耐高溫性能及有限元分析[J].混凝土，2011（7）：23～26.

[4]髙凌峰，文豪，姜文亮，等.PP纖維對(duì)全輕混凝土的靜力性能改善效果[J].河南城建學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（5）：57～63.

[5]劉云鵬.纖維改姓輕骨料混凝土的高溫力學(xué)性能研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2017.

[6]吳熙，江佳斐，范興朗，等.自密實(shí)輕骨料混凝土的高溫性能[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，32（3）：313～317.

[7]何科成.改性輕骨料混凝土高溫后力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2016.

[8]郭榮鑫，何科成，馬倩敏，等.改性輕骨料混凝土高溫抗壓性能及微觀結(jié)構(gòu)[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2017（3）：333～338.