亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        火災(zāi)環(huán)境下熱-冷循環(huán)作用對(duì)混凝土性能的影響研究

        2021-08-02 04:37:50方萬軍
        火災(zāi)科學(xué) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)

        蔣 敏,方萬軍

        (1.臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院,臺(tái)州,318000; 2.臺(tái)州市路橋區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局,臺(tái)州,318000)

        0 引言

        近年來,隨著我國現(xiàn)代城市高層、超高層建筑物工程的快速發(fā)展,對(duì)于建筑物消防安全的要求也日益提高[1]?;馂?zāi)是一種十分嚴(yán)重的災(zāi)害,會(huì)導(dǎo)致建筑物在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到幾百甚至上千攝氏度的高溫,其熱害作用對(duì)建筑材料造成不可恢復(fù)的損傷效應(yīng),同時(shí)也給建筑物的承載性能和穩(wěn)定性帶來了重大的安全隱患[2,3]。混凝土是一種最常用的建筑結(jié)構(gòu)材料,其物理、力學(xué)特性對(duì)建筑物的安全性和耐久性有十分重要的作用[4]。由于火災(zāi)高溫的熱輻射損傷作用,混凝土中的硬化水泥砂漿會(huì)發(fā)生高溫裂解現(xiàn)象,造成強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)性的劣化。對(duì)水泥砂漿結(jié)構(gòu)在火災(zāi)發(fā)展過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析是深入認(rèn)知混凝土宏觀特性的重要基礎(chǔ)[5]。

        混凝土是一種多孔介質(zhì)材料,具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu),容易受高溫?zé)崤蛎涀饔玫挠绊懀瑥亩诨馂?zāi)高溫的作用下產(chǎn)生明顯的結(jié)構(gòu)損傷效應(yīng),嚴(yán)重地降低了相關(guān)結(jié)構(gòu)工程的穩(wěn)定性[6]。研究建筑混凝土力學(xué)行為受火災(zāi)熱-冷環(huán)境作用的影響規(guī)律,對(duì)于建筑的設(shè)計(jì)和施工有重要現(xiàn)實(shí)意義[7]。王薇等[8]在研究中發(fā)現(xiàn)隧道襯砌混凝土材料在高溫作用下,其砂漿結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的裂解,裂隙面迅速擴(kuò)展;張廣泰等[9]基于實(shí)驗(yàn)分析了不同冷熱循環(huán)次數(shù)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、滲透性能和質(zhì)量損失的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著冷熱循環(huán)次數(shù)增加,混凝土結(jié)構(gòu)損傷程度不斷升高。何浪[10]將混凝土試樣分別置于不同溫度中進(jìn)行熱處理,開展強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)得到了不同溫度對(duì)混凝土力學(xué)性質(zhì)的劣化程度,并基于微觀結(jié)構(gòu)觀察分析了結(jié)構(gòu)損傷特點(diǎn)。以上研究結(jié)果說明高溫作用對(duì)混凝土的物理、力學(xué)性能均會(huì)造成顯著的損傷效應(yīng)[11,12]。

        本文以混凝土材料為對(duì)象, 利用高溫燃燒爐進(jìn)行加熱處理,并對(duì)冷卻后的試件開展實(shí)驗(yàn)研究。通過測(cè)量不同高溫作用次數(shù)下的試樣質(zhì)量與尺寸,定量地探討了混凝土結(jié)構(gòu)損傷程度;通過開展無側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)混凝土冷卻后的力學(xué)行為的變化規(guī)律進(jìn)行了研究;最后進(jìn)行XRD衍射實(shí)驗(yàn)和SEM掃描電子顯微鏡對(duì)混凝土的礦物成分與微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè),文章旨在加深對(duì)火災(zāi)高溫對(duì)混凝土的損傷效應(yīng)的認(rèn)識(shí)。

        1 實(shí)驗(yàn)材料

        1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

        本實(shí)驗(yàn)制備的混凝土試樣基本物料為粗、細(xì)骨料、水,硅酸鹽水泥和外加劑。其中,粗骨料為篩分后的碎石,粒徑范圍為5 mm~22.5 mm;細(xì)骨料為普通河砂,粒徑范圍為0.25 mm~5 mm,砂的粒徑相對(duì)較小,主要礦物成分為石英、黃鐵礦和鐵錳角閃石等。采用P.O. 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥制備混凝土樣品,水泥的比表面積為352.5 m2/kg。采用實(shí)驗(yàn)室的自來水進(jìn)行拌合,拌合前在自來水中添加含量為1%的減水劑。

        1.2 混凝土試樣的制備

        制備混凝土的試樣時(shí),先將碎石、河砂、硅酸鹽水泥按照表1所示的質(zhì)量比進(jìn)行干拌;再將減水劑含量為1%的水溶液導(dǎo)入裝有漿體的容器內(nèi),按照水灰比為0.3將溶液倒入物料中,然后采用砂漿攪拌機(jī)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?;最后將水泥砂漿倒入相應(yīng)的磨具中,在溫度(20±1)℃、相對(duì)濕度> 90%的恒溫箱中進(jìn)行2天的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后拆模,并在室溫條件下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天,棱柱體試樣尺寸為300 mm×100 mm×100 mm。

        表1 混凝土的物料配合比

        1.3 高溫加熱實(shí)驗(yàn)

        采用溫度控制式燃燒爐進(jìn)行混凝土的高溫加熱實(shí)驗(yàn),該儀器由加熱泵、可程式伺服控制裝置,傳感器和報(bào)警閥等組成。實(shí)驗(yàn)過程中,將混凝土樣品放入加熱箱后設(shè)置加熱的溫度和時(shí)間,升溫過程中監(jiān)測(cè)箱內(nèi)溫度,通過控制器調(diào)節(jié)加熱泵的工作功率實(shí)現(xiàn)溫度的準(zhǔn)確控制。選取200 ℃~800 ℃的環(huán)境溫度進(jìn)行混凝土的高溫加熱處理,持續(xù)的加熱時(shí)間為60 min?;炷猎嚰?jīng)過高溫處理后從加熱箱中取出,然后在20 ℃的室溫環(huán)境中冷卻2 h。對(duì)冷卻后的混凝土試樣進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        2.1 外觀和質(zhì)量損失測(cè)試結(jié)果

        將混凝土的棱柱體試樣置于高溫燃燒爐進(jìn)行熱-冷循環(huán)處理,實(shí)驗(yàn)完成后觀察混凝土試件的表觀變化。圖1清晰地顯示了混凝土試樣在經(jīng)過熱-冷后的表面形態(tài)的變化。混凝土在初始狀態(tài)下的表面平整光滑,未見尺寸較長(zhǎng)的裂縫;進(jìn)行2次熱-冷循環(huán)處理后,試件表面光滑的水泥凝膠體大量剝落;經(jīng)過10次循環(huán)后,試件表面光滑的凝膠體基本上完全剝落,粗骨料基本裸露;在20次~60次熱-冷循環(huán)過程中,混凝土表面的損傷程度進(jìn)一步加深,試件的水泥凝膠體逐漸剝落和流失。

        圖1 熱-冷處理后的混凝土試樣Fig. 1 Concrete samples after heat and cold treatments

        為了定量分析混凝土結(jié)構(gòu)完整的變化,對(duì)不同火災(zāi)熱-冷循環(huán)后混凝土試件的體積、質(zhì)量和密度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定,并計(jì)算混凝土的質(zhì)量損失率(ηm)和密度損失率(ηρ),公式如下:

        (1)

        (2)

        式中:V0,m0和ρ0為未經(jīng)處理試樣的體積、質(zhì)量和密度;Va,ma和ρa(bǔ)是經(jīng)過熱-冷處理后混凝土試樣的體積、質(zhì)量和密度。

        由公式(1)、公式(2)得到混凝土試件的質(zhì)量損失率(ηm)和密度損失率(ηρ)與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線如圖2所示。可以看出混凝土在0次~2次熱-冷循環(huán)處理后的質(zhì)量損失率(ηm)和密度損失率(ηρ)在0次~2次熱-冷過程中的變化幅度最大,其中ηm由0上升至1.84%,ηρ由0上升至1.72%,即混凝土結(jié)構(gòu)完整性的損傷在前2次熱-冷循環(huán)過程中最顯著。經(jīng)過10次處理后,ηm與ηρ上升至2.11%和1.87%,上升速率明顯下降;在此后的10次~60次熱-冷循環(huán)過程中曲線的上升速率進(jìn)一步減小,ηm與ηρ的值趨于平穩(wěn),經(jīng)過60次循環(huán)后的混凝土質(zhì)量損失率(ηm)和密度損失率(ηρ)分別為2.53%和2.02%。根據(jù)圖2還可以看出混凝土質(zhì)量損失率比密度損失率的值更大,這主要是因?yàn)樵跓?冷循環(huán)過程中的試件體積也有相應(yīng)的減小。

        圖2 混凝土結(jié)構(gòu)完整性指標(biāo)的變化曲線Fig. 2 Change curve of concrete structure integrity index

        2.2 單軸壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        實(shí)驗(yàn)利用應(yīng)變控制式單軸加載系統(tǒng)對(duì)混凝土試樣開展力學(xué)測(cè)試,剪切加載速率設(shè)為0.02 MPa/s,實(shí)驗(yàn)得到了從開始加載到試樣破壞階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線,結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出在單軸荷載的作用下,不同熱-冷循環(huán)次數(shù)的混凝土試樣均保持脆性破壞的變化特點(diǎn),可將其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線分為三個(gè)主要變形階段,分別為初始?jí)好堋椥宰冃魏痛嘈云茐牡淖冃坞A段。初始?jí)好茈A段:混凝土的應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣徛仙?;彈性變形階段:混凝土應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾踊境示€性上升;脆性破壞階段:混凝土的應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣鴦×蚁陆?,期間發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)性破壞。

        圖3 不同循環(huán)次數(shù)下的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 3 Stress-strain curves of sample under different cycles

        從圖3可以看出:混凝土試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均存在峰值點(diǎn),峰值點(diǎn)縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)混凝土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度fcus,fcus代表混凝土強(qiáng)度特性[13];峰值點(diǎn)橫坐標(biāo)為峰值應(yīng)變?chǔ)舠(peak strian),該值大小表征了材料的延性,即試件從屈服到最大承載能力未出現(xiàn)明顯降低期間的變形性能[14]。根據(jù)彈性變形階段的斜率可以得到混凝土的彈性模量E(elastic modulus),E是衡量混凝土抵抗變形的能力[15]。本研究獲得了不同熱-冷循環(huán)過程中的混凝土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變和彈性模量,結(jié)果如圖4所示。

        圖4 力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線Fig. 4 Relationship between cycles and mechanical index

        從圖4可以看出隨著熱-冷循環(huán)次數(shù)的增加,混凝土試樣的強(qiáng)度指標(biāo),即無側(cè)限抗壓強(qiáng)度fcus與彈性模量E逐漸衰減,衰減速率先快后慢,在0次~2次循環(huán)之間的下降幅度明顯比后期大,至40次循環(huán)后基本保持穩(wěn)定。該現(xiàn)象說明混凝土在熱-冷循環(huán)作用的前期過程中力學(xué)性質(zhì)損傷明顯比后期嚴(yán)重。而峰值應(yīng)變?chǔ)舠的變化趨勢(shì)與強(qiáng)度指標(biāo)正好相反,隨循環(huán)次數(shù)增加,彈性模量逐漸上升,且上升速率先快后慢?;炷猎嚰姆逯祽?yīng)變-循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線與彈性模量-循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線幾乎呈反對(duì)稱分布。該現(xiàn)象說明混凝土試件的延性在熱-冷循環(huán)過程中逐漸增大,且循環(huán)前期的變化幅度明顯比后期顯著。

        2.3 成分測(cè)定結(jié)果

        對(duì)經(jīng)歷0次、10次、20次和60次熱-冷循環(huán)作用后的混凝土開展XRD衍射實(shí)驗(yàn),獲取隨熱-冷循環(huán)作用次數(shù)增加的水泥硬化物礦物成分特征,結(jié)果如圖5所示。當(dāng)混凝土暴露于高溫?zé)岷Νh(huán)境中時(shí),其礦物成分發(fā)生了明顯的變化。未經(jīng)高溫的混凝土材料的主要成分由水泥的水化產(chǎn)物,即Ca(OH)2、Ca4Al2O7·19H2O,以及碎石骨料與砂中的SiO2組成。經(jīng)過10次~60次熱-冷循環(huán)作用后,材料XRD圖譜中的Ca(OH)2含量逐漸降低,表明混凝土中的水泥凝膠體中的 Ca(OH)2在高溫作用下逐漸分解、消失[16]。

        圖5 不同熱-冷循環(huán)次數(shù)材料的XRD衍射圖譜Fig. 5 XRD pattern of samples under different heating-cooling cycles

        2.4 微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果

        對(duì)不同熱-冷循環(huán)次數(shù)下的混凝土進(jìn)行SEM掃描電子顯微鏡實(shí)驗(yàn),以分析混凝土微觀結(jié)構(gòu)的變化形式,結(jié)果如圖6所示。圖6中標(biāo)記的字母A表示孔隙,F(xiàn)為裂隙,Q為碎石骨料。在800倍放大圖像中,可以看出未經(jīng)歷高溫作用的混凝土中砂漿硬化體的排列比較致密,碎石骨料被水泥砂漿完全包裹,試樣表面只有少量小孔隙和較短的裂隙分布(圖6(a))。經(jīng)過10次熱-冷循環(huán)的混凝土試樣孔隙的數(shù)量和尺寸有所增長(zhǎng),并觀測(cè)到有明顯的連通裂隙出現(xiàn)在試樣表面,但裂隙的寬度較小,連通程度也不高,且主要存在于水泥水化物中(圖6(b));經(jīng)過20次熱-冷循環(huán)的混凝土試樣的裂隙進(jìn)一步連通、擴(kuò)大,部分水泥砂漿硬化體變得較為疏松,碎石骨料也觀察到有裂縫產(chǎn)生(圖6(c));經(jīng)過60次循環(huán)后,混凝土內(nèi)部的裂隙尺寸的規(guī)模進(jìn)一步增大,骨料顆粒間以水泥水化物為主的膠結(jié)物明顯減少,砂漿結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)破碎狀。

        圖6 不同熱-冷循環(huán)次數(shù)試樣的SEM圖像Fig. 6 SEM images of samples under different heating-cooling cycles

        根據(jù)SEM圖像顯示的結(jié)果,可以看出混凝土的微觀結(jié)構(gòu)損傷在熱-冷循環(huán)過程中不斷累積。究其原因,混凝土結(jié)構(gòu)微觀形貌的改變主要是:反復(fù)熱-冷作用使得水泥水化物受到熱膨脹作用,產(chǎn)生應(yīng)力集中而逐漸分解,該物理反應(yīng)使得混凝土內(nèi)部留下了較大的連通裂隙通道[17]。同時(shí),混凝土中的大量結(jié)合水也發(fā)生了蒸發(fā)、蒸騰作用,進(jìn)一步加快了水泥水化物的分解。由于反復(fù)多次的熱-冷循環(huán)作用,混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷程度逐漸累積,在微觀上表現(xiàn)為裂隙的擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)的破碎化,在宏觀上表現(xiàn)為力學(xué)性能的衰變與密度、質(zhì)量的下降。

        3 結(jié)論

        (1)通過測(cè)量不同熱-冷循環(huán)次數(shù)下試樣的質(zhì)量和密度損失率評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)完整性,發(fā)現(xiàn)由于水泥凝膠體逐漸剝落和流失,質(zhì)量和密度損失率指標(biāo)呈上升趨勢(shì),且上升速率先快后慢。

        (2)通過對(duì)不同熱-冷循環(huán)次數(shù)下的混凝土試樣開展單軸壓縮實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在單軸荷載作用下,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度fcus、彈性模量E隨循環(huán)次數(shù)增加逐漸衰減,且衰減速率先快后慢;峰值應(yīng)變與循環(huán)次數(shù)的曲線逐漸上升,表明混凝土的延性隨循環(huán)次數(shù)增加而增大。

        (3)在反復(fù)熱-冷循環(huán)過程中,XRD衍射圖譜測(cè)得混凝土中Ca(OH)2的含量明顯減少。由SEM實(shí)驗(yàn)觀察到高溫?zé)岷ψ饔檬沟盟嗨锍霈F(xiàn)熱膨脹,混凝土中裂隙規(guī)模不斷擴(kuò)大。微觀結(jié)構(gòu)的損傷是導(dǎo)致混凝土的結(jié)構(gòu)完整性和力學(xué)特性出現(xiàn)衰變現(xiàn)象的根本原因。

        猜你喜歡
        混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)
        記一次有趣的實(shí)驗(yàn)
        混凝土試驗(yàn)之家
        關(guān)于不同聚合物對(duì)混凝土修復(fù)的研究
        《形而上學(xué)》△卷的結(jié)構(gòu)和位置
        混凝土預(yù)制塊模板在堆石混凝土壩中的應(yīng)用
        論結(jié)構(gòu)
        中華詩詞(2019年7期)2019-11-25 01:43:04
        做個(gè)怪怪長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)
        混凝土,了不起
        論《日出》的結(jié)構(gòu)
        NO與NO2相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
        啪啪无码人妻丰满熟妇| 极品美女调教喷水网站| 精品国产粉嫩内射白浆内射双马尾| 亚洲av中文无码乱人伦在线播放 | 亚洲熟女综合色一区二区三区| 水蜜桃亚洲一二三四在线| 秋霞日韩一区二区三区在线观看 | 白白色发布免费手机在线视频观看| 亚洲国产成人久久三区| 亚洲的天堂av无码| 杨幂Av一区二区三区| 一区二区三区日本高清| 特黄做受又粗又长又大又硬| 无码国产精品一区二区免费16 | 成人国产精品999视频| 日韩最新av一区二区| 一区二区三区激情免费视频| 国产精品r级最新在线观看| 日韩在线看片| 日本超骚少妇熟妇视频| 欧洲美熟女乱av亚洲一区| 无遮无挡爽爽免费视频| 欧美日韩国产在线成人网| 亚洲婷婷久久播66性av| 久久综合九色综合久99| 久久99精品久久久久久久清纯| 久久熟女乱一区二区三区四区| 两人前一后地插着她丰满| 亚洲另类欧美综合久久图片区| 亚洲国产麻豆综合一区| 老司机在线免费视频亚洲| 人妻激情偷乱视频一区二区三区 | 亚洲精品一品区二品区三品区| 无码人妻一区二区三区在线视频| 国内精品人人妻少妇视频| 日本二一三区免费在线| 国产精品老熟女露脸视频| 国产视频在线一区二区三区四区| 国产一区二区三区免费视| 无遮挡呻吟娇喘视频免费播放| 中文字幕在线码一区|