田德華 楊鼎宜 張婷 孫甜新 鄭鑫磊 余海龍

摘要：隨著生活水平的逐漸提高，建筑物日益大規(guī)模化和功能化，大大增加了建筑物發(fā)生火災(zāi)的可能性。在遭受火災(zāi)過程中，由于混凝土材料強(qiáng)度損失導(dǎo)致結(jié)構(gòu)功能失效，甚至發(fā)生坍塌破壞。為減少火災(zāi)造成的危害，混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)發(fā)生的一定時(shí)間內(nèi)應(yīng)保持足夠的強(qiáng)度、剛度和完整性。纖維材料是一種在混凝土中應(yīng)用的新型增強(qiáng)增韌材料。混凝土中加入聚丙烯纖維可以改善結(jié)構(gòu)的抗火（高溫）性能，較好的解決混凝土高溫爆裂問，基于此，本文綜述了聚丙烯纖維混凝土高溫前、中、后各項(xiàng)性能研究現(xiàn)狀.

關(guān)鍵詞：高溫；聚丙烯纖維；混凝土；力學(xué)性能；爆裂性能；耐久性能

Abstract：With the gradual improvement of living standards，buildings are becoming more and more large-scale and functional，which greatly increases the possibility of building fire. In the process of fire，the loss of strength of concrete materials leads to structural failure and even collapse. In order to reduce the damage caused by fire，concrete structures should maintain sufficient strength，stiffness and integrity during a certain period of time when fire occurs. Fiber material is a new kind of reinforcing and toughening material used in concrete. The addition of polypropylene fibers in concrete can improve the fire resistance（high temperature）performance of the structure and better solve the problem of high temperature cracking of concrete. Based on this，this paper summarizes the research status of various properties of polypropylene fibers concrete at high temperature.

Key words：High temperature；Polypropylene fiber；Concrete；Mechanical property；Bursting performance；Durability

引言

在高溫作用下，混凝土結(jié)構(gòu)的性能比常溫更為復(fù)雜。由于環(huán)境溫度變化造成的動(dòng)態(tài)不均勻溫度場(chǎng)、溫度與荷載的耦合作用以及混凝土材料性能的差異等都使得混凝土高溫性能的試驗(yàn)研究和理論分析難度較大，對(duì)這方面的研究成果正處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，混凝土結(jié)構(gòu)受高溫作用后的諸多問題正在解決，與普通混凝土高溫性能的研究相比，纖維混凝土高溫性能的研究起步較晚，多集中于纖維對(duì)混凝土抗壓、抗拉等基本力學(xué)性能與耐久性方面的研究。隨著纖維混凝土在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用，聚丙烯纖維混凝土高溫性能的研究具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。[1-2]

1 聚丙烯纖維對(duì)混凝土性能的影響

1.1 力學(xué)性能

權(quán)長(zhǎng)青[3]等針對(duì)鋼纖維、聚丙烯纖維、粉煤灰三種因素對(duì)混雜纖維混凝土力學(xué)性能的影響，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，纖維的摻入能顯著提高混凝土的劈拉強(qiáng)度，纖維對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效應(yīng)不如劈拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效應(yīng)顯著。

周玲珠[4]等研究不同膠集比和減水劑摻量對(duì)高摻量聚丙烯纖維自密實(shí)混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，高摻量聚丙烯纖維加入降低了自密實(shí)混凝土的擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度。

宋文浚[5]進(jìn)行聚丙烯短纖維水工混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)。結(jié)果表明：摻聚丙烯短纖維的水工混凝土抗裂性和抗沖磨性顯著增強(qiáng).

通過分析以上學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，聚丙烯纖維能夠顯著提高混凝土的劈拉強(qiáng)度，抗裂性及抗沖磨性，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)作用并不顯著。

1.2耐久性能

高全青[6]定量評(píng)價(jià)膨脹劑與纖維復(fù)合對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響；并與單獨(dú)摻加膨脹劑與纖維的SCC的耐久性能進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示：纖維可以延緩混凝土表面剝落，從而減小質(zhì)量損失。聚丙烯纖維早期抗裂效果優(yōu)于鋼纖維。

周志云[7]等對(duì)聚丙烯纖維混凝土進(jìn)行水凍和鹽凍循環(huán)試驗(yàn)。結(jié)果顯示：聚丙烯纖維的加入能提高混凝土的抗凍性和抗鹽凍性.

王晨飛[8]等采用干濕循環(huán)和快速凍融試驗(yàn)方法研究纖維混凝土的耐久性。結(jié)果表明：干濕循環(huán)條件下，氯離子的滲透深度隨著纖維摻量的增加逐漸加深；鹽凍循環(huán)條件下，混凝土的抗鹽凍性能隨隨著纖維摻量的增加而提高。

通過分析以上學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，纖維的加入能延緩混凝土表面脫落，提高混凝土的抗凍性等耐久性能。

2 高溫中聚丙烯纖維混凝土性能研究

劉鑫[9]等對(duì)基準(zhǔn)混凝土、聚乙烯醇纖維混凝土進(jìn)行了熱-力耦合作用下的試驗(yàn)，同時(shí)采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行了全程監(jiān)測(cè)。結(jié)果顯示：PVA纖維的摻入可以延緩混凝土的強(qiáng)度劣化，并增強(qiáng)混凝土的延性PVA纖維的摻入可以提高高溫下混凝土抵抗破壞的能力。

蔣濱[10]對(duì)普通強(qiáng)度等級(jí)混凝土及不同摻鋼量纖維混凝土的高溫后力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：隨著溫度的升高，高溫后混凝土試件的抗壓強(qiáng)度和聲波傳播速度逐漸降低，并且下降趨勢(shì)隨著溫度的升高而加劇；不同鋼纖維摻量對(duì)高溫后混凝土試塊抗壓強(qiáng)度有一定影響。

常傳鵬[11]等對(duì)聚丙烯纖維混凝土和素混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：無(wú)論纖維混凝土還是素混凝土抗壓強(qiáng)度均隨溫度升高逐漸降低，且纖維的含量在一定范圍內(nèi)對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較小。

王海[12]等通過摻加改性聚丙烯纖維和聚丙烯混雜纖維混凝土在400℃和800℃高溫后的質(zhì)量損失及殘余抗壓強(qiáng)度對(duì)比，結(jié)果表明：：改性聚丙烯纖維的摻加可以有效提高混凝土的耐高溫性能，隨著纖維摻量的增加，高溫后混凝土的質(zhì)量損失和抗壓強(qiáng)度損失均減少，且聚丙烯纖維的摻加可以有效降低混凝土發(fā)生爆裂的可能性。

通過分析以上學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，聚丙烯纖維能提高混凝土的耐高溫性能，但在高溫下一定范圍內(nèi)對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較小。

3 高溫后聚丙烯纖維混凝土性能研究

3.1 高溫后聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能的研究

謝靜[13]對(duì)摻聚丙烯纖維的HSC高溫后抗壓性能進(jìn)行研究。建立了立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度與高溫灼燒溫度的關(guān)系式。同時(shí)探討了試件尺寸對(duì)高溫前后立方體抗壓強(qiáng)度的影響等。

郭瑞晉[14]對(duì)溫度、冷卻方式、纖維摻量、纖維長(zhǎng)度、直徑對(duì)高溫后聚丙烯纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量的影響結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。從整體來(lái)看溫度的升高，強(qiáng)度、彈性模量下降；從纖維摻量、長(zhǎng)度、直徑來(lái)看，纖維摻量、長(zhǎng)度、直徑增加，混凝土強(qiáng)度、彈性模量下降。

F.B. Varona [15] 研究普通和高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)混凝土的試驗(yàn)結(jié)果，并在高溫下進(jìn)行了試驗(yàn)。這些結(jié)果與以前的研究有很好的相關(guān)性，并得到了描述高溫下抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度演變的方程。

總結(jié)以上纖維混凝土高溫后力學(xué)性能的研究文獻(xiàn)，其研究?jī)?nèi)容主要集中于纖維混凝土高溫后的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量、殘余抗壓強(qiáng)度和殘余劈拉強(qiáng)度等基本力學(xué)性能，研究表明，隨著纖維混凝土所受溫度的升高，其抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度逐漸減小，彈性模量呈下降趨勢(shì)，適宜摻量和長(zhǎng)度下，聚丙烯纖維既可明顯提高高強(qiáng)混凝土的殘余抗壓強(qiáng)度，有利于改善高強(qiáng)混凝土的高溫韌性。

3.2 高溫后聚丙烯纖維混凝土損傷特征的研究

元成方[16]等對(duì)高溫后聚丙烯纖維混凝土的表觀損傷、內(nèi)部損傷以及微觀形貌進(jìn)行分析，深入研究聚丙烯纖維混凝土的高溫?fù)p傷特征。結(jié)果表明：聚丙烯纖維可以有效改善混凝土的高溫性能，抑制混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

Albert N，Noumowe[17]等人研究了高溫后高性能混凝土的滲透性能。結(jié)果表明：200℃高溫下，纖維混凝土的滲透性大于不摻纖維的混凝土；在600℃高溫下，纖維混凝土的滲透性與未經(jīng)受高溫的素混凝土相當(dāng)。

王靜[18]研究不同溫度作用下聚丙烯纖維混凝土的表觀損傷特征，分析高溫作用后聚丙烯纖維混凝土的質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度、吸水率及動(dòng)彈性模量的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：聚丙烯纖維可以改善混凝土的高溫爆裂性能，高溫后各項(xiàng)性能均優(yōu)于普通混凝土。

總結(jié)以上纖維混凝土高溫后損傷特征的研究文獻(xiàn)，經(jīng)歷最高溫度越高，混凝土表觀損傷越嚴(yán)重，聚丙烯纖維可以有效改善混凝土的高溫性能，抑制了混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。聚丙烯纖維混凝土在經(jīng)歷高溫后內(nèi)部纖維熔化，留下大量空隙，使得混凝土高溫后的力學(xué)性能進(jìn)一步惡化。

3.3 高溫后聚丙烯纖維混凝土爆裂性能的研究

洪亞強(qiáng)[19]對(duì)聚丙烯纖維及改性玻璃纖維進(jìn)行高溫研究，結(jié)果顯示：在混凝土中摻入聚丙烯纖維及改性玻璃纖維均可增強(qiáng)混凝土抗爆裂性能。

高丹盈[20]對(duì)聚丙烯-鋼纖維混雜混凝土高溫性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)混凝土經(jīng)歷的最高溫度越高，其表觀劣化越嚴(yán)重，混雜纖維能有效抑制高強(qiáng)混凝土的高溫爆裂。

孫蓓[21]對(duì)抗高溫爆裂混凝土的研發(fā)，進(jìn)行了瞬間高溫下超高強(qiáng)混凝土抗爆裂性能的研究。結(jié)果顯示：聚丙烯纖維單摻或與鋼纖維復(fù)摻均能提高抗爆裂性能；骨料種類和含濕量對(duì)爆裂性能影響均不顯著。

王珍[22]分析混凝土高溫爆裂機(jī)理，總結(jié)了在聚丙烯纖維對(duì)高性能混凝土的高溫性能、耐久性能的影響研究成果，為深入研究聚丙烯纖維高性能混凝上的耐火性能提供參考依據(jù)。

總結(jié)以上研究文獻(xiàn)，由于高溫環(huán)境下纖維由于自身熔融后的消散或逸出，留下的空隙可以為水蒸氣溢出提供通道，從而有利于提升再生混凝土的高溫防爆裂能力，纖維對(duì)混凝土高溫后的爆裂性能得到了有效的改善。

4 結(jié)論

（1）聚丙烯纖維的加入能很好的提高混凝土的爆裂性能及耐久性能，對(duì)部分力學(xué)性能也有提高；

（2）聚丙烯纖維的加入能很好的提高混凝土在經(jīng)受高溫作用后的力學(xué)性能及抗凍性能；

（3）國(guó)內(nèi)外對(duì)于聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能研究?jī)?nèi)容主要集中于纖維混凝土高溫后的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量、殘余抗壓強(qiáng)度和殘余劈拉強(qiáng)度等基本力學(xué)性能；

（4）國(guó)內(nèi)外對(duì)于纖維混凝土高溫后損傷特征的研究主要集中于纖維混凝土高溫后的混凝土本身裂縫、孔隙、表層脫落等表觀特征、內(nèi)部損傷特征以及通過質(zhì)量、強(qiáng)度、彈性模量、耐久性、質(zhì)量損失、抗壓強(qiáng)度、吸水率等特性；

（5）總體而言，國(guó)內(nèi)外對(duì)于聚丙烯混凝土材料在熱-力耦合作用下的研究較少，主要集中在高溫爆裂及高溫后混凝土材料性能的研究，未能反映聚丙烯纖維混凝土在火災(zāi)條件下的真實(shí)情況。國(guó)內(nèi)外對(duì)于高溫后損傷特征多在于基本力學(xué)性能及表觀損傷研究，對(duì)高溫中損傷特征研究較少。

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基金項(xiàng)目：本文系揚(yáng)州大學(xué)2018年度大學(xué)生科創(chuàng)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：x20180360

（作者單位：揚(yáng)州大學(xué) 建筑科學(xué)院工程學(xué)院）