摘要
火灾是建筑物常见的一种灾害，因此火灾过后建筑物的维修以及安全性能评估逐渐引起人们的重视。由于火灾过后的建筑物可能发生二次爆炸，使其不仅要承受静态荷载的作用，还可能要承受动态冲击荷载的作用。研究混凝土在高温后的静、动态压缩力学性能是对建筑物发生火灾后进行安全评价、提出维修方案的基础之一。 为使建筑结构在高温后的安全性能优良且不会发生坍塌破坏，本文选取陶瓷骨料、铝酸盐水泥、钢纤维制作了一种在经过高温后的静动态力学性能优于普通混凝土的陶瓷骨料钢纤维混凝土材料。陶瓷材料是一种高温烧制材料，因此具有很强的耐高温性能，用陶瓷材料制备成粗骨料代替天然碎石可以提高混凝土的耐高温性能；铝酸盐水泥是一种优质的耐火材料，常常被用在高温炉等温度较高的地方，因此选用铝酸盐水泥来代替普通硅酸盐水泥，也可以提高混凝土的耐高温性能；此外由于混凝土材料是一种脆性材料，常常发生受拉破坏，因此采用加入2%体积分数的微细型钢纤维的方法来提高混凝土的韧性。 本文通过静动态力学试验对陶瓷骨料钢纤维混凝土和天然碎石混凝土高温后的静动态压缩力学性能进行研究并得到如下结论： （1）本文提出了一种可以在高温后保持良好的静动态压缩力学性能的陶瓷骨料钢纤维混凝土材料。 （2）对高温后的陶瓷骨料钢纤维混凝土和天然碎石混凝土进行静态压缩试验，并配合高速摄影拍摄裂纹的出现、扩展、贯穿等过程，分析两种混凝土试件在不同加载速率下的峰值应力、峰值应变、弹性模量随温度的变化规律，并得到在不同加载率下，静态压缩强度随温度变化的拟合公式。研究发现两种混凝土试件的高温后的静态压缩强度随温度变化的趋势是相似的，都是在170℃和220℃时强度上升，在温度为170℃时，强度达到最大值，当温度达到320℃之后，强度开始逐渐下降，温度越高，强度下降的越多。陶瓷骨料钢纤维混凝土的强度剩余比始终在天然碎石混凝土之上，尤其是在750℃温度下，陶瓷骨料钢纤维混凝土的剩余强度比高出天然碎石混凝土32%。当火灾发生时，无论火势的大小，陶瓷骨料钢纤维混凝土始终都有着优于天然碎石混凝土的静态压缩性能。陶瓷骨料钢纤维混凝土试件的峰值应变集中在4%~5%之间，天然碎石混凝土的峰值应变一般为3%~4%，二者相差33%左右，陶瓷骨料钢纤维混凝土具有更高的韧性。 （3）基于SHPB试验装置，对高温后的陶瓷骨料钢纤维混凝土和天然碎石混凝土进行动态压缩试验，并分别采用微裂、裂成碎块、粉碎三种破坏形式下的三个加载率，得到不同的加载率下不同温度对两种混凝土试件的动态压缩强度、峰值应变的影响，并配合高速摄影观察混凝土试件的破坏形态，并得到不同温度下压缩强度随应变率变化的拟合公式。研究发现陶瓷骨料钢纤维混凝土的动态压缩强度随温度的变化规律和天然碎石混凝土的极其相似，都是在200℃附近强度增大，随后随着温度升高，强度逐渐降低；当温度达到750℃时，二者的差距开始变得明显，此时天然碎石混凝土只剩下初始强度值的49%，而陶瓷骨料钢纤维混凝土仍有84%的初始强度值，比天然碎石混凝土的剩余强度比高出35%；当温度达到1000℃时，二者的差距更加明显，此时陶瓷骨料钢纤维混凝土仍有47%的初始强度值，而天然碎石混凝土已经完全失去了承载力，表现出陶瓷骨料钢纤维混凝土优秀的耐高温性能。陶瓷骨料钢纤维混凝土的动态压缩峰值应变集中在3‰~4‰之间；天然碎石混凝土的动态压缩峰值应变集中在2‰~3‰之间，陶瓷骨料钢纤维混凝土的峰值应变要更大一些，表征其具有更大的延性，这与静态压缩试验中的结论类似。 （4）分析应变率对混凝土试件的静动态压缩力学的影响，发现随着应变率的增大，混凝土试件的峰值应力增大，同时峰值应变减小；当应变率增大102倍时，峰值应力提升约10%，当应变率增大105倍时，峰值应力提升约15%。 本文研究分析了不同的火灾温度和冲击荷载发生后，陶瓷骨料钢纤维混凝土较天然碎石混凝土相比的强度变化趋势，为混凝土建筑物经历不同程度的火灾后的安全性能评价提供数据和理论的支持。
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