碳化硅纤维加固钢筋混凝土梁火灾高温的试验研究

(广西科技大学 广西 柳州 545006；柳州欧维姆机械股份有限公司 广西 柳州 545006)

碳化硅纤维加固钢筋混凝土梁火灾高温的试验研究

周鹏温朝臣梁文昊刘进

(广西科技大学广西柳州545006；柳州欧维姆机械股份有限公司广西柳州545006)

碳化硅纤维布加固钢筋混凝土梁在高温下的试验将碳化硅纤维布加固的钢筋混凝土梁同现在使用的主流加固材料碳纤维布加固后的钢筋混凝土梁与未加固的梁在火灾高温情况下所承受的极限荷载，变形等数据进行对比，来比较它们之间的差距和不同。对试验结果进行对比显示，在模拟火灾对加固后的混凝土作用后，碳化硅纤维加固的构件比碳纤维加固的构件耐火性能更好，用有限元方法对试验结果验算后差别不大，说明试验结果比较准确。证明了碳化硅纤维材料比碳纤维加固后的钢筋混凝土在火灾高温情况下更加安全。

碳化硅纤维；模拟高温；加固对比；耐火性能分析

一、引言

火灾是一种比较常见、危害非常大的灾害，可能是自然发生的，也可能是人为的，不管是哪种都会对人们造成极大的破坏，在人们生产生活中发生火灾会对人们的生产生活用品设施和建筑物造成很大的破坏，从而对人们的生命财产安全造成极大的威胁。火灾会使钢筋混凝土结构的承载能力下降，式结构不再能够正常使用，甚至破坏。所以，结构加固后的耐火耐高温性能非常重要。近年来碳纤维(CFRP)加固技术正在高速发展，国内外对碳纤维加固技术也进行了大量的研究，但还是不够成熟，有很多在加固过程中的问题还没有得到很好的解决。

耐火性一直是碳纤维加固的难点之一，国内外对其防火的加固研究还比较少，国内对于碳纤维的防火要求也仅仅是在表面涂刷防火材料，并没有细节的有效的具体规范要求。所以对CFRP加固混凝土结构的防火还不够重视，还没有比较成熟的规范，还需要进一步研究。而碳化硅纤维材料正好耐火耐高温，它的耐高温性能比碳纤维材料高很多，能够对混凝土加固的防火起到非常好的作用。本文将进行试验来说明碳化硅纤维加固钢筋混凝土结构时防火防高温的安全性能。

试验：

试件：浇筑9根相同的钢筋混凝土梁，梁的尺寸为b=250，h=500，跨度l=4500，净跨l0=4150，箍筋统一为Φ8@200，架立筋为2Φ10，钢筋的屈服强度为460Mpa；混凝土立方体的抗压强度为51.06Mpa；碳纤维布的抗拉强度平均值3510Mpa，弹性模量210Gpa，碳化硅纤维布的抗拉平均强度为3650Mpa，弹性模量为307Gpa，厚度均为0.1mm。

试验方案：把构件分为三组，每组三根构件，一组不加固，一组用碳纤维布加固，一组用碳化硅纤维布加固，假故事全部采用梁底面全面粘贴，并在梁全跨粘贴15条U型纤维布箍。

高温模拟试验：该试验步骤视为模拟混凝土构件在加固后又受到火灾高温影响后的情况，根据国标《建筑构件耐火试验方法》采用试验标准升温曲线，对三组构件分别在200℃/400℃/800℃中加热2.5小时，加热过后，让构件全部自然冷却。

加载试验：因为梁主要受弯破坏，所以将对梁进行受弯试验。

荷载的加载由固定在反力架的千斤顶实现，加载点为梁中两个1/3点，加载两个集中荷载，试验加载数值通过压力传感器读出数值，并在支座和跨中各放置电子百分表来测量两点支座位移和跨中挠度；在梁的顶面、侧面和底面分别贴应变片来测量两点应变分布，并观察梁的裂缝情况。

试验结果如下：

表1 200℃试验数据

表2 400℃试验数据

表3 800℃试验数据

图1 200℃荷载应变图

图2 400℃荷载应变图

图3 800℃荷载应变图

用有限元软件对三种不同形式的构件在800℃时的受力进行有限元分析，对数据进行整理后，得出下图：

图4 800℃荷载应变有限元分析图

图5 200℃荷载挠度变化图

图6 400℃荷载挠度变化图

图7 800℃时荷载挠度变化图

二、梁的跨中应变

在荷载较小的情况下，碳纤维布和碳化硅纤维布都未与梁底面分离，加固材料和混凝土接触面良好，加固梁沿梁高方向的应变可以近似成线性，所以，可以认为其符合平截面假定。

三、承载力

根据试验可以看出，未加固的梁在不同温度作用下的屈服和极限荷载明显比加固后的低，说明加固后的钢筋混凝土梁强度提高了。在200度时碳纤维加固与碳化硅纤维加固的梁承受荷载数值差别不大，而在400度时，两种不同纤维材料加固的梁承受荷载的数值开始有区别了，可以看出碳化硅纤维布加固的梁比碳纤维布加固的承受荷载偏高，到了800都市，两者的差别就很明显了。

四、挠度裂缝

在加载过程中，随着荷载不断的加大，未加固的梁破坏过程中，食盐量的裂缝开始出现，并迅速的眼神、扩大。而又碳纤维布和碳化硅纤维布加固的梁裂缝则发展不是很迅速，并且裂缝的宽度和间距比未加固梁的小，挠度也比未加固的小，在200和400度时，碳化硅纤维和碳纤维的裂缝间距和挠度差别不大，而800度时，碳化硅纤维和碳纤维的裂缝间距和挠度就会看出有明显差别。

这说明碳化硅纤维比碳纤维更耐高温,在工程中应用更加安全。

五、结论

1、通过实验得出的数据与有限元分析得出的数据比较可看出，实际试验与有限元模拟的差别不大，说明试验数据比较精确，试验比较接近真实情况。

2、梁在各种情况和原因作用下导致的承载力下降在不考虑火灾影响下，用碳纤维和碳化硅纤维加固是比较实用，效果又好的加固方法，而如果发生火灾，高温回事钢筋发生屈服，混凝土进入塑性阶段，那么就需要加固材料来承担荷载，这就要求加固的材料耐高温性能比较好，这时碳化硅纤维的耐高温性能就体现出来了。

3、由于考虑到成本、生产加工等各方面原因，碳化硅纤维材料用于加固的研究还比较少，但它的性能确实比碳纤维材料更好，希望在以后的研究中可以改进碳化硅材料的生产工艺方法，降低成本，使其更容易生产并在实际工程中得到推广，推进我国加固技术的发展。

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Theexperimentalstudyonfireresistanceofreinforcedconcretebeamsstrengthenedwithsiliconcarbidefiber

ZHOUPengWENChao-chenLIANGWen-haoLIUJin

(1.GuangxiUniversityofScienceandTechnologyLiuzhouGuangxi545006,China) (2.LiuzhouOVMMachineryCO,LTD,LiuzhouGuangxi545006,China)

Silicon carbide fiber cloth reinforcement test of reinforced concrete beams under high temperature will limit load of reinforced concrete beams reinforced with silicon carbide fiber mainstream now use the reinforcement material strengthened by carbon fiber reinforced concrete beams strengthened with the beam under fire under the condition of high temperature,comparison of deformation data,to compare between them.And the gap between different.The experimental results were compared and showed that in the simulation of fire to concrete after reinforcement,the reinforcement component of silicon carbide fiber carbon fiber reinforcement is better than the fire-resistant properties,the test results calculated by using finite element method is not very different,indicating the experimental results more accurate.It is proved that the silicon carbide fiber reinforced concrete is safer than the carbon fiber reinforced concrete at high temperature.

silicon carbide fiber,simulated temperature,reinforcement contrast,fire resistance

周鹏(1994.02-)，男，山东省潍坊市，在读研究生。