高温作用下C30混凝土试块强度损伤试验研究

陈珊珊，刘 媛，刘 晴，王一赫，许海亮

（北方工业大学土木工程学院，北京，100144）

高温作用下C30混凝土试块强度损伤试验研究

陈珊珊，刘 媛，刘 晴，王一赫，许海亮

（北方工业大学土木工程学院，北京，100144）

为了探明C30混凝土在不同高温温度下的混凝土损伤规律，进行了C30混凝土试块烧损试验，然后对试块进行超声波法检测试验和抗压强度试验。分析在不同烧灼温度下，混凝土材料和构件实际烧损的试验成果，重点分析不同灼烧温度对C30混凝土强度的损失程度，分析混凝土强度折减系数和受火温度的关系，并得出相关的结论。

C30；混凝土试块损伤； 高温 ；超声波法检测

0 引言

随着经济的快速发展，发生火灾的潜在危险也在逐渐上升，一旦发生将造成重大的人员伤亡及财产损失。因此火灾事故发生后，及时对混凝土材料的强度受损状态进行检测，不仅是确定混凝土的耐火性能的关键,而且对构筑物各部位的材料选择和构筑物的结构设计等有着极重要的意义。高温作用时混凝土的材料性能是研究混凝土结构的基础。高温对混凝土的损害直接危及到结构的安全性能和耐久性能。

为了正确评估高温对C30混凝土的安全性能和耐久性能的影响，本文根据C30混凝土材料的烧损试验成果，重点探讨火灾时不同温度对C30混凝土试块强度的损失程度,供有关人员参考。

1 混凝土试块烧损试验研究概况

1.1试验原理与方法

本次试验拟针对C30混凝土试块，进行三组混凝土试块烧损试验。烧灼试验中考虑相同温度、相同时间下，不同灼烧温度对C30混凝土强度的损伤程度。灼烧温度分别采用300℃、750℃、900℃。在灼烧试验中需综合考虑以下因素：① 极限最高温度；② 温度等级；③ 恒温时间；④ 同一测试项目（强度与刚度、声波探测）所需的样本容量等。

1.2试验仪器

混凝土试件制作采用标准钢模，尺寸为150mm×150mm×150mm。受火前后混凝土抗压强度和弹性模量的试验仪器采用SANS微机控制电液伺服万能试验机型号：SHT 4106G，最大负荷1000KN，精度等级：0.5级。声波仪为RSMSY5型非金属声波探测仪。系统触发方式有内触发（INT）、外触发（EXT）和信号触发（CH1）。可实时读取声时、声速、声幅等参数。发射、同步接收、量程等参数调节、数据传输等全部由笔记本微机通过串行口对主机实施控制。

混凝土烧蚀试验采用SX2-18-13型高温箱式电阻炉。额定温度13500C，工作温度可达13000C，炉温均匀性为±50C，控温精度为±1%。电阻炉采用PID智能程序控温，自动补偿温差，人工干预少，能满足不同火灾强度下混凝土试件的烧损试验。

1.3试验试块的基本情况

试验数量分配情况见表1所示。

表1 试块在不同温度和受火时间的试验数

试块的混凝土配合比设计，混凝土采用C30混凝土，水泥：砂：碎石：水：粉煤灰：外加剂的配合比为272:842:117:160:40:3.13（单位Kg/m3）；实际称取其组成质量425水泥: 细骨料:粗骨料:粉煤灰:自来水:减水剂为7.30:22.70:30.16:4.32:1.100:0.08（单位/kg），其中粗骨料的粒径在5～25mm。

每组试件在烧蚀完成后，经自然冷却，然后从炉内取出，分别进行如下试验：

（1）全部3个试件进行超声波法检测试验。

（2）取其中3个试件进行抗压强度。

2 混凝土衬砌材料火损情况检测结果及分析

图1 C30 300℃ 1、2、4h

2.1混凝土衬砌材料火损后的抗压强度试验结果及分析

使用SANS微机控制电液伺服万能试验机进行高温后强度测定，每组至少3个试块，抗压强度取算术平均值（舍去差异超过中间值15%的强度）。表2为混凝土试块在各个烧蚀试验条件下抗压强度试验结果的统计平均值, 表中残余强度系数η表示火损试块的抗压强度与试块常温抗压强度之比, 即：（2.1）

△ηT则表示下一温度量级与上一温度量级在相同恒温时间时的强度折减系数差值；△ηt则表示同一温度量级在两种恒温时间下的强度折减系数差值，即

△ηTi=[η（Ti）-η（Ti-1）]×100%（2.2）

△ηt=[η（ti）-η（ti-1）]×100%（2.3）

式中，Ti=300℃、750℃、900℃；i=1,2,4

常温条件下，试块强度32.2MPa。300℃时，残余强度31.8MPa，强度折减系数0.532；恒温时间2h,残余强度31.7MPa，强度折减系数0.521；恒温时间4h，残余强度31.1MPa，强度折减系数0.493。其他试验结果具体见表2。

表2 C30混凝土试块抗压强度试验分析汇总

对于同一种等级混凝土等级、相同受火时间，随着受火温度的增加，抗压强度降低速率增大，并在750℃、900℃时抗压强度损失明显，突然降低。

3 超声波法检测

使用SC-2型数字超声波检测仪（探头频率 50Hz ,声时显示范围0.5～9999μs，测试精度0.1μs，耦合剂为黄油，每个受火试块的对相对面取3个测试点，同一温度等级和同一受火时间下可以测得16个超声波声时值，对其进行数据处理，计算出波速，测试数据结果见下表4。表4中V0分别表示常温20℃的波速值、VTi表示受火后1小时、2小时、4小时试块波速值（i=1、2、4小时）。

由图2 C30受火前后波速比与温度的关系图可知，随着温度的上升波速比降低，4h的波速比是最小的，受火时间和受火温度对混凝土波速影响较大。

图2 C30受火前后波速比与温度关系

经过超声波检测，得到的结果并进行结果分析，得到的超声波检测的汇总表如表3所示：

表3 超声波检测结果分析汇总

4 结论

在温度为300℃、750℃、900℃，受火时间分别为1小时、2小时、4小时的组合试验条件下，对C30混凝土材料烧灼后损伤程度进行了分析研究，据此可得出以下几点规律：

（1）受热温度达到300~750℃时，C30混凝土衬砌材料的强度随着温度升高而逐渐加速降低。这一阶段水泥砂浆的急剧收缩和骨料的快速膨胀导致混凝土骨架几近破裂，大量结晶水散失，混凝土仅存在较小的结构抗力。

（2）当受热温度达到为900℃时，此时C30混凝土结晶水完全丧失，骨料膨胀导致界面裂缝已贯穿整个试件，强烈的内部损伤导致混凝土已失去结构抗力。

（3）受火温度对混凝土衬砌材料损伤的影响程度要比受火时间大。

[1]彭立敏,刘小兵,杜思村. 不同燃烧温度量级对隧道衬砌强度损伤程度的试验研究[J]. 铁道学 报,1997,05:88-95.

[2]柴永模. 隧道内发生火灾时的温度分布规律初探[J]. 消防技术与产品信息,2002,03:16-23.

Experimental study on strength damage of C30 concrete block under high temperature

Chen Shanshan，Liu Yuan，Liu Qing，Wang Yihe，Xu Hailiang
（School of civil engineering, North China University of Technology, Beijing ，100144）

in order to find the law of C30 concrete damage of concrete in different temperature under the burning test, block C30 concrete, then testing compressive strength and ultrasonic test of specimen. Analysis on different burning temperature, the test results of concrete materials and components of actual loss, focuses on the analysis of different temperature on the degree of loss of strength of C30 concrete, analysis of the relationship between the reduction coefficient and temperature strength of concrete, and draw relevant conclusions.

C30 ；concrete block damage； high temperature； ultrasonic testing

TU528

A

本项目受北方工业大学大学生科研训练项目（XN001-168）；校内优青项目（XN072-031）资助