摘要
建筑工程在施工期间和在役期间因混凝土的含水率不同，可能导致火灾条件下混凝土的劣化性能不同。为了探讨含水率对页岩陶粒基混凝土的高温性能及本构关系参数影响，本文以LC30全轻混凝土(All-lightweightconcrete,ALWC)、石轻混凝土(Graveledlightweightconcrete,GLWC)、混轻混凝土(Hybridaggregateslightweightconcrete,HALWC)和少陶粒混凝土(Hybridaggregatesconcretewithlessceramsite,HACC)为研究对象，通过对不同含水率条件并经过高温处理后的页岩陶粒基混凝土的准静态力学性能试验进行研究，探讨含水率和高温对上述4种混凝土的物理力学性能影响规律，以便为相关研究与火灾评估提供试验参考依据。本文主要进行了以下几个方面的研究： (1)采用烘干法确定不同品种混凝土的不同含水率，然后再进行力学性能试验。结果表明，常温条件下页岩陶粒基混凝土轴心抗压强度和劈拉强度随含水率增加而减小；其中，ALWC、GLWC、HALWC和HACC的轴心抗压强度在饱和时较干燥时的降幅分别为9.92%、18.63%、15.67%和24.11%，劈拉强度的降幅分别为36.46%、23.21%、28.91%和17.37%；随着含水率的增加，页岩陶粒基混凝土的峰值应力逐渐减小。 (2)对不同含水率的页岩陶粒基混凝土试样进行了200℃~800℃范围内高温处理后的力学试验。结果表明：随温度升高，页岩陶粒基混凝土表观裂纹逐渐增多、增大，强度与弹性模量均呈现出下降的趋势；相同试验温度下，水分对页岩陶粒基混凝土的性能劣化具有促进作用，即含水率越高，力学性能劣化越严重。处理温度为800℃时，含水率为60%ALWC、GLWC、HALWC和HACC的轴心抗压强度较常温时分别降低了89.31%、95.63%、90.70%和94.35%，劈拉强度分别降低了78.74%、88.36%、87.35%和92.44%。 (3)采用超声波、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等测试手段，分析了高温和含水率对混凝土细观特征参数影响变化的规律。结果表明，历经800℃后的陶粒筒压强度试验表明粒径范围5~8mm的陶粒筒压强度下降幅度高于粒径范围8~15mm的陶粒；随着温度和含水率升高，纵波波速逐渐降低，损伤变量DT逐渐增大且在800℃时损伤幅度大于70%；相对含水率为60%时，ALWC在300℃时的陶粒界面区裂纹宽度达23.21μm，处理温度在600℃时裂纹宽度达60.00μm，处理温度在800℃时因碳酸钙和凝胶体分解而表现为界面区裂纹宽度进一步增大，裂缝宽度达67.27μm。 (4)基于蒸汽压力方程及空心球模型揭示了页岩陶粒基混凝土高温爆裂机理。具体方法为采用混凝土孔隙单元体力学模型对陶粒临近外表面空腔内壁的环向应力进行了定性分析，当其超过陶粒的极限抗拉强度时，陶粒基体破裂并在蒸汽压的驱动下，裂纹逐渐扩展，直至形成宏观裂纹。 (5)用弹脆性损伤模型描述了高温处理后页岩陶粒基混凝土的本构关系，并确定了关键参数。结果表明，ALWC的初始弹性模量、压实系数和脆性指数均随温度和含水率的升高而减小，脆性断裂指数只在小范围内波动。
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