包覆耐火材料的钢筋混凝土构件研究

张莹 王雅静 李佳阁 康竑韬

摘要：随着中国经济的稳定发展，耐火材料的新型混凝土的发展已经成为未来研究和发展趋势。本文拟对一种包覆耐火材料的钢筋混凝土构件进行研究，通过对其耐火性能的研究来提高结构的整体耐火性和安全可靠性。本文主要介绍了包覆耐火材料的钢筋混凝土构件发展的现状、不足之处，以及包覆耐火材料的钢筋混凝土构件的发展前景。

关键词：包覆耐火材料；钢筋混凝土构件；发展前景

一、绪论

近年来，关于包覆耐火材料的钢筋混凝土构件的研究还是非常新的领域。国内外有许多研究者在此领域开展工作。混凝土的防火技术还不是很成熟。这一领域的进一步研究对于实现以低成本提高材料可靠性的目标具有重要意义。同时，对结构智能化、整体化混凝土的进一步发展也具有重要意义。综合耐火混凝土材料在理论研究上和工程实践中存在的不足，从而提出了一种包覆耐火材料的钢筋混凝土构件的新型研究。本文主要对传统的钢筋混凝土构件防火设计方法进行了创新研究，利用试验结果验证了该方法的可行性，并与传统钢筋混凝土构件的耐火性能进行了比较，得出了优化设计方法。

一般来说，当火焰直接燃烧在钢筋混凝土构件上时，钢筋混凝土构件的表面温度会迅速升高，但由于混凝土表面的热惯性，构件的内部会缓慢上升，因此温度不高。在火灾撤离后，构件温度下降，由于构件表面混凝土温度变化大，收缩量较大，会产生较多的龟裂。高温对钢筋混凝土构件产生温度应力，使构件产生变形，破坏了构件的整体性，降低了构件的承载能力。这不仅影响到建筑物的使用寿命，而且危及建筑结构的安全。对于工程技术人员来说，钢筋混凝土构件的问题是一个长期困扰着他们的重大技术问题。

当今，钢筋混凝土结构得到广泛应用。究其原因是因为钢筋混凝土具有取材广泛、成本低等优点。目前，我国90%以上的建筑（包括大量的民用住宅、商场、医院、体育场等公用建筑以及大量的公路铁路桥梁等）均为钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构虽然规模大，但其生产质量也不同，尤其是上世纪80年代和90年代的建筑。在服务过程中，这些建筑物受到环境侵蚀、负荷变化等因素的影响。他们提前失去能力，不得不提前撤退。所以钢筋混凝土的耐火研究是当今建筑行业急需解决的问题。

二、包覆耐火材料的钢筋混凝土构件

包覆耐火材料的钢筋混凝土构件即是指在钢筋混凝土外面包覆一种耐火材料。该结构具有整体结构轻，节省钢筋骨架和混凝土用量的特点；外层熔铸耐火涂料的耐火技术是建筑工业化后的一项新技术，也是未来智能混凝土的主流技术。这样整体设计上就可以提高钢筋混凝土结构强度，延长使用寿命，提高耐火性能。浇注料普及于耐火混凝土但是爆裂性脱落的危险不可避免，加入有机纤维成本过高，因此采用一种外层浇筑的耐火材料直接涂抹于混凝土表面，有利于墙体或柱体长期维护并且降低成本减小爆裂性剥落损坏。首先应进行混凝土的制作，将准备好的砂石、石子、水泥、水，按照配合比进行搅拌，并测试坍落度，符合要求后进行混凝土构件制作。

三、包覆式耐火材料的研究

包覆式耐火材料分为外包料和外涂料两种。采用外包料时使用螺栓将防火板与钢筋混凝土进行连接，但这个过程中极易出现钻孔难以及与混凝土结合不严密等问题。而后需要进行混凝土的耐火涂层的浇筑，浇筑后将浇筑耐火涂层的构件与普通混凝土构件进行高温加热对比试验，试验后会发现对于没有涂层的混凝土构件相较于浇筑了耐火涂层的混凝土耐火极限低，发生明显形变，且出现明显裂缝，结构出现变化，构件强度相比实验前显著降低，而浇筑耐火涂层的混凝土有明显形变，有裂缝，且经过检测后混凝土强度降低较小。为此改进试验方案在耐火涂层的浇筑上选择加厚耐火涂层第二次试验，发现涂层加厚后较之前的具有涂层的混凝土加厚的混凝土外表温度明显降低，构件收縮量减小，构件裂纹也相对减少。但是这种防火涂料并未达到我们需要预期标准，在之后的试验中更换水性防火材料，使防火极限增加，达到耐火的等级更高，且更环保的目的。

四、包覆耐火材料的钢筋混凝土构件的研究现状

近些年来，国内外学者对高温下钢筋和混凝土的热工性能开展了大量的理论和实验研究，并取得了一系列的研究成果。custaferro等人提出了确定钢筋混凝土梁耐火性能的方法。该方法考虑了大量的火灾情况，并对大量实验数据进行了分析和总结。具有一定的准确性和适用性。Ellingwood和其他6个足尺钢筋混凝土简支梁进行抗火，研究了钢筋混凝土梁在火灾作用下的抗剪和抗剪性能。

结果表明，在火灾初期，钢筋混凝土梁在支座处存在明显的剪切裂缝，但最终由于大挠度而出现弯曲破坏。建立的数学模型也检验了混凝土简支梁的火灾行为。

陆洲导还研究了钢筋混凝土简支梁在高温下的耐火性能。采用有限差分法分析了纤维的变形特性，并对梁的温度场和温度场进行了模拟。计算结果与试验结果吻合较好。石东旭对下火三面，钢筋混凝土轴心受压柱进行了研究，结果表明，三的表面损伤形成和正常温度的不同，它是由机械负荷的影响，加热过程。杨建平等人，首先研究了两种加热加载方式对钢筋混凝土受弯构件在升温、加载和加载后的耐火性能的影响规律，进而提出了火灾作用下混凝土热力耦合的本构关系。

五、包覆耐火材料的钢筋混凝土构件的发展前景

伴随人类社会的不断发展，可供人类使用的现有资源越来越少，如何合理利用资源，从而降低单位产品能耗及保护环境的要求与标准也将愈来愈高，因此，涂有耐火材料的钢筋混凝土构件将在耐火混凝土的未来生产中发挥重要作用，各种新型的粘结体系也将被用来提高耐火材料的抗火、抗折强度和抗压强度。同时，采用新型耐火骨料加减水剂提高混凝土的耐火等级也是一种既方便又有效的方法。

在包覆耐火材料的钢筋混凝土构件的发展前景上应积极响应国家号召，节能环保，例如利用高稠度陶瓷结合剂悬浮液制成的材料更加环保，无毒，且可以回收再利用，加入少量黏土可以提高结合剂的稳定性及耐火混凝土的强度和密度等其他优势，所以在建筑方面我们不仅仅要节水节地节材节能，更要注意资源的回收再利用。在世界各地每年建筑垃圾的消耗是显而易见的，且属于世界上不可避免的能源浪费之一，所以我们研究包覆耐火材料的钢筋混凝土构件的同时应注重环保以及能源再生时应考虑无机材料产生的污染以及有机材料在燃烧时产生二氧化碳而导致温室效应及海平面上涨等不利于环保的因素。我们采用的这种耐火涂层浇筑混凝土避免了传统外包外涂材料长时间易脱落且易氧化失效等弊端，可以长时间作用于混凝土外表，且成本低廉，易于投入生产，有利于后期建筑维护。并且会减少有害气体及建筑垃圾产生。

六、结语

本文介绍了两种关于混凝土耐火的方法，虽然这两种方法还存在不足，但随着包覆耐火材料混凝土技术的不断发展与完善，这两种技术一定会被推广应用到更多建筑中。虽然混凝土耐火技术尚处在探索阶段，可是它展现出的优点足以引起人们的重视，混凝土耐火技术具有非常好的发展前景。

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