[发明专利]超高性能混凝土火灾高温爆裂的防控方法、结构构件与应用

说明书

本发明涉及一种超高性能混凝土防高温爆裂方法，主要为通过采用120℃下的高温干热养护机制进行养护，与目前广为采用的高温蒸汽养护、高温热水养护和高温蒸汽压力养护相比，可以完全抑制在火灾高温和高应力作用下超高性能混凝土的爆裂，且能源消耗低，绿色环保。本发明的超高性能混凝土高温爆裂防控方法经过实际火灾试验验证，能够有效避免火灾下超高性能混凝土爆裂的发生，且对超高性能混凝土进一步推广应用具有积极作用。

技术领域

本发明涉及土木建筑技术领域，具体涉及一种超高性能混凝土火灾高温爆裂的防控方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

超高性能混凝土是一种新型绿色超高性能混凝土材料，通常是由水泥、活性掺合料(如硅灰、粉煤灰、火山灰、矿渣)、细骨料、高效减水剂和纤维等制备而成。

超高性能混凝土具有超高的强度(100～800MPa)、优异的耐久性和杰出的抗震耗能的性能，目前在桥梁、基础设施、大跨度结构和高层建筑物中得到了较为广泛的应用。

火灾是发生频率最高的灾害之一。与普通混凝土相比，超高性能混凝土在火灾高升温速率下极易发生爆裂，如图1所示。超高性能混凝土的内部结构致密，渗透性低，孔隙率低，当遭受外界温度快速上升时，其致密的结构会阻止内部微观孔结构中水蒸气的逸出，导致超高性能混凝土的内部孔洞产生极大的蒸汽压力；同时不均匀的温度场产生一定的热应力。伴随外界温度的进一步迅速升高，混凝土的抗拉强度将不足以抵抗不断增大的蒸汽压力和热应力，发生严重爆裂。爆裂可造成混凝土结构构件的截面尺寸大幅度减小，受力钢筋将直接暴露于火灾高温场中，使得结构构件的力学性能急剧衰减最终坍塌破坏。超高性能混凝土高温下易于爆裂导致其在火灾下的安全性低于普通混凝土，是影响超高性能混凝土广泛应用的关键因素。超高性能混凝土高温爆裂防控成为目前超高性能混凝土亟待解决的关键科学技术问题。

现阶段混凝土高温爆裂的两个主要理论为蒸汽压力理论与热应力理论，发明人通过大量试验发现，对于超高性能混凝土，微观孔洞内的蒸汽压力对高温爆裂起主导作用，为此首次提出了采用高温干热养护方法消除蒸汽压力，采用纤维抵抗较小的热应力，进而对超高性能混凝土高温爆裂进行安全防控。

目前，针对超高性能混凝土高温爆裂防控方法的研究相对较少，多数研究认为通过掺加纤维(如钢纤维、聚丙烯纤维)可以有效抑制爆裂的发生，并通过5～15℃/min升温速率、无应力状态的试块进行验证；在真实的火灾试验中，结构构件处于较高应力状态，升温速率最高可达到60℃/min以上，通过足尺混凝土结构构件火灾试验得出，掺加纤维对超高性能混凝土高温爆裂抑制效果不明显。对于在超高性能混凝土的养护制度方面，目前常规采用蒸汽养护、热水养护或蒸汽压力养护，能耗高且污染环境，且仅适用于预制件厂生产线。

例如：现有技术有先采热水养护，再恒温干热养护超高性能混凝土的方法。但发明人发现：该方法对超高性能混凝土内部蒸汽压力消散作用弱，并且恒定干热养护温度150-300℃对常温力学性能增长不利。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种超高性能混凝土火灾高温爆裂的防控方法，具体体现在提出一种先进的养护制度，基于蒸汽压力对高温爆裂的主导作用，采用合理的高温干热养护，见图5，可以有效降低含水率，消除蒸汽压力，抑制爆裂现象的发生，且该方法得到的超高性能混凝土材料性能优于常规养护方法。通过实际火灾试验验证，高温干热养护可实现对超高性能混凝土结构火灾高温爆裂的绝对防控。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种超高性能混凝土火灾高温爆裂的防控方法，包括：

将超高性能混凝土配合料混合均匀，筑模，自然养护，得到超高性能混凝土；