改性轻骨料混凝土高温爆裂性能研究进展

王小莉

（黄山学院建筑工程学院 安徽黄山 245041）

火灾下混凝土构件发生巨响的表面剥落及分裂碎块现象即为高温爆裂，极大降低建筑物承载能力，具有脆性、突发性、破坏性，使建筑物出现严重破坏甚至倒塌，引起国内外学者不断研究开发绿色耐火的建筑材料。轻骨料混凝土具有轻质高强，良好的保温隔热、耐久、抗震等性能，是良好的绿色、节能、环保的建筑材料，已不断应用在大体积、高层、大跨等工程中；因此其高温性能受到高度关注，通过研究轻骨料混凝土高温爆裂性能，掌握其爆裂机理，以寻求改善措施提高抗高温爆裂性能，进而提高结构的耐火性。为此，本文论述改性轻骨料混凝土高温爆裂性能研究进展，并指出一些有待解决的问题。

1 纤维改性轻骨料混凝土爆裂性能

轻骨料混凝土因骨料多孔性，具有孔隙率大，吸水率高，导热系数及热膨胀系数小，火灾下轻骨料混凝土产生较大温度梯度和应力场，内部蒸汽压力增大，使其先于普通混凝土发生爆裂，且破坏更严重；为提高其抗高温爆裂性能，不少学者进行改善措施研究。文献[1]提出轻骨料混凝土中加入单丝聚丙烯纤维可显著降低高温爆裂的几率。文献[2～4]PP纤维（聚丙烯纤维）可以显著提高混凝土抗拉强度、韧性、延性；轻骨料混凝土孔隙率大和密度小，骨料吸收率大，进而湿度梯度小；轻骨料混凝土中掺入熔点大约170℃的pp纤维，随着温度升至其熔点温度，PP纤维发生融化，在轻骨料混凝土中形成分布均匀的微孔道，提高了水蒸气和热量排出的速度，降低混凝土内部压力；由图1与表1可知，随着温度升高800℃，普通混凝土表面最大裂缝宽度达到0.64mm，并出现爆裂现象；纤维全轻混凝土，裂缝出现轻微，最大裂缝宽度为0.10mm，继续升温至1000℃后，出现多条放射性裂纹，但完整形好，未发生爆裂，由此可得聚丙烯纤维提高轻骨料轻混凝土的抗爆裂性。

图1 PP纤维轻骨料混凝土与普通混凝土不同温度下试件最大裂缝宽度变化

表1 随着温度升高两种试件表面变化规律

文献[5]通过四类试件：一般轻骨料混凝土、玄武岩纤维轻骨料混凝土、聚丙烯纤维轻骨料混凝土、混杂纤维轻骨料混凝土的试验性能结果对比分析；提出因聚丙烯纤维融化后形成贯穿在混凝土内部的孔道网，提高试件孔隙率，加快排放水蒸气，降低其内部压力，从而降低爆裂几率，抗爆裂性能明显提高，且聚丙烯纤维的长度越长，抗爆裂性能愈加显著；玄武岩纤维因具有熔点高，拉伸强度高，其可以降低混凝土内的裂纹开展，可以抑制高温爆裂；得到聚丙烯纤维抗爆裂性能比玄武岩纤维要高。

2 其它改性轻骨料混凝土爆裂性能

自密实轻骨料混凝土避免了自密实混凝土的下沉与轻骨料混凝土的上浮问题，干表观密度小于1950kg/m3，具有自重轻、流动性较大，浇筑时不用振捣等特性。文献[6]自实轻骨料混凝土试件大约在400℃时，表面有微小裂缝；随着温度不断升高到450℃后，个别试件角部爆裂；温度上升到470℃时，发生严重爆裂，试件已碎裂；自密实轻骨料混凝土抗拉强度较低，易吸水，密实度大，高温下产生的水蒸气不易排出，进而试件内部蒸汽压力大，在450℃左右，便产生爆裂，抗爆裂性能较差；研究表明影响爆裂性能的主要原因为轻骨料的吸湿性与混凝土的密实度。文献[7～8]采用成膜聚合物复合材料和地聚物材料裹覆轻骨料的改性轻骨料试件的吸水率比一般轻骨料混凝土减低大概30%。爆裂几率在13%以下。高温作用下分布在轻骨料混凝土内的成膜聚合物形成网络似的通道，有利于气体排出，降低试件内孔隙压力，进而提升其抗爆裂性能；在不断升温下地聚物产生的化学反应产物包裹了，可隔断周围温度向里扩散，有效消减试件界面过渡区的初始缺陷；改性轻骨料混凝土抵抗爆裂能力大幅度提高。

3 结论与展望

因轻骨料混凝土是一种绿色、节能、环保的建筑材料，现逐渐推广应用于各种建筑工程，但轻骨料混凝土孔隙率、含湿量较大，使其在火灾下易产生爆裂，降低结构强度和耐久性，通过对现有改性轻骨料混凝土的高温爆裂性能研究发现，该方面研究很少，有待进一步研究一下方面：

（1）高温与荷载耦合作用下改性轻骨料混凝土结构构件的性能研究。

（2）影响改性轻骨料混凝土爆裂因素研究。

（3）改性轻骨料混凝土的高温爆裂预测模型研究。

[1]Bilodeau A，Kodur V K R，Hoff G C.Optimization of the type and amount of polypropylene fibre for preventing the spallingof lightweight concrete subjected To hydrocarbon fire[J].Cementand Concrete Composites，2004，26（2）：163～174.

[2]周茗如，孙庆霞，曹万智，等.高温后全轻混凝土性能及其微观分析[J].建筑科学，2009，25（9）：30～33.

[3]孙庆霞，曹万智，薛海儒，等.纤维增强轻骨料混凝土耐高温性能及有限元分析[J].混凝土，2011（7）：23～26.

[4]髙凌峰，文豪，姜文亮，等.PP纤维对全轻混凝土的静力性能改善效果[J].河南城建学院学报，2017（5）：57～63.

[5]刘云鹏.纤维改姓轻骨料混凝土的高温力学性能研究[D].昆明：昆明理工大学，2017.

[6]吴熙，江佳斐，范兴朗，等.自密实轻骨料混凝土的高温性能[J].材料科学与工程学报，2014，32（3）：313～317.

[7]何科成.改性轻骨料混凝土高温后力学性能及微观结构试验研究[D].昆明：昆明理工大学，2016.

[8]郭荣鑫，何科成，马倩敏，等.改性轻骨料混凝土高温抗压性能及微观结构[J].建筑材料学报，2017（3）：333～338.