溫度對高性能混凝土熱力學(xué)性能影響的研究1

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1、溫度對高性能混凝土熱力學(xué)性能影響的研究摘要：高性能混凝土熱力學(xué)性能對評價混凝土結(jié)構(gòu)的抗火反應(yīng)至關(guān)重要。這篇文章展現(xiàn)了溫度對不同類型高性能混凝土熱力學(xué)性能的影響。分別研究了HSC（高強混凝土）,SSC（自密實混凝土）,FAC（粉煤灰混凝土）三種混凝土在0-800攝氏度下的比熱容、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)。同時也研究了鋼纖維，聚丙烯纖維以及它們混合物對HSC和SCC的影響。實驗結(jié)構(gòu)表明在0-800攝氏度之間，與FAC和HSC相比，SCC具有更高的比熱容，熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)。利用實驗數(shù)據(jù)得出了不同熱力學(xué)性能的溫度函數(shù)。所得的熱力學(xué)性能關(guān)系的數(shù)據(jù)可以用來評估混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的反應(yīng)。關(guān)鍵詞：熱力學(xué)性能自

2、密實混凝土高強混凝土纖維混凝土熱膨脹系數(shù)簡介混凝土由于有較好的防火性能，而在首先考慮防火安全的建筑物和其他建筑設(shè)施中有著廣泛的應(yīng)用。在過去的幾十年中，混凝土技術(shù)有了重大研究和發(fā)展，并由此產(chǎn)生了高性能混凝土。高性能混凝土包括高強混凝土，自密實混凝土，粉煤灰混凝土和纖維混凝土，他們都有驕傲高的強度，耐久性而且經(jīng)濟(jì)，所以得到了廣泛的應(yīng)用。在建筑物中使用高性能混凝土要考慮他們的防火性能。但是，一些最近的研究結(jié)果表明新型混凝土如高強混凝土并不能提供和普通混凝土相同的抗火性能。評價建筑結(jié)構(gòu)的防火性能需要了解建筑材料的高溫性能。對于混凝土來說，進(jìn)行防火性能分析需要的性能分析是熱學(xué)，力學(xué)，破壞，和一些特殊

3、性能如火災(zāi)一起的脫落。熱學(xué)性能包括熱導(dǎo)率，比熱容，熱膨脹系數(shù)以及質(zhì)量損失。破壞性能如裂縫，力學(xué)性能如強度、破壞、和彈性模數(shù)，都對結(jié)構(gòu)的防火性能有很大的影響。除此之外，在一定荷載作用下由火災(zāi)引起的脫落，能夠改變混凝土結(jié)構(gòu)的防火反應(yīng)。這些所有的性能隨溫度的改變而改變，同時受配合比，骨料類型，有無纖維和化學(xué)摻加劑的影響。最近的一些研究結(jié)果表明，由HSC和SCC組成的結(jié)構(gòu)的防火性能較低，這是由于HSC和SCC的熱力學(xué)性能的不同。這同時也表明HSC和SCC可以通過摻入鋼纖維和聚丙烯纖維來提高其抗火性能。然而，對于纖維是如何提高抗火脫落的研究很少。要想了解其作用機制需要知道混凝土高溫性能。雖然對于NS

4、C的高溫性能有許多的數(shù)據(jù)可查，但是對于新型混凝土如HSC,SCC,FRC,和FAC卻沒有數(shù)據(jù)可查。這份研究的主要目的是評估高性能混凝土的熱力學(xué)性能，包括HSC,SCC和FAC的熱導(dǎo)率，比熱容和熱膨脹系數(shù)，同時也對纖維對性能的影響有所研究。熱導(dǎo)率和比熱容的測量范圍是20-800攝氏度，熱膨脹系數(shù)的測量范圍是20-1000攝氏度。利用實驗數(shù)據(jù)得出了簡單的熱力學(xué)性能的溫度函數(shù)。研究意義火災(zāi)下溫度在混凝土結(jié)構(gòu)中的發(fā)展很大程度上取決于建筑材料的熱力學(xué)性能，也就是混凝土和鋼筋。當(dāng)前，卻少有新型混凝土如HSC，SSC和FAC的熱力學(xué)性能的數(shù)據(jù)。這篇文章給出了熱導(dǎo)率和比熱容在20-800攝氏度以及熱膨脹系

5、數(shù)在20-1000攝氏度的實驗數(shù)據(jù)。這些實驗數(shù)據(jù)得出了熱力學(xué)性能與溫度的函數(shù)關(guān)系，這些函數(shù)關(guān)系可以用來計算溫度模型和鋼筋混凝土火災(zāi)下的反應(yīng)?；炷恋臒崃W(xué)性能在眾多的建筑材料中，混凝土有較高的耐火性能。然而，一些最近的研究表明新型混凝土如高強混凝土比普通混凝土抗火性能的低。新型混凝土的低抗火性能歸于強度的快速降低，剛度特性和火誘導(dǎo)剝落的發(fā)生。這種剝落經(jīng)常發(fā)生在高強混凝土中是由于低滲透率引起的混凝土高度壓實。剝落引起連接處混凝土的脫落，這使得鋼筋直接暴露在火中，導(dǎo)致構(gòu)件強度和剛度的快速降低。為預(yù)測結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的反應(yīng)，了解連接構(gòu)件在火中溫度隨時間變化的函數(shù)是必要的。為了更好的描述這種溫度模型，

6、我們就需要知道在20-800攝氏度之間的熱力學(xué)性能也就是熱導(dǎo)率，比熱容和熱膨脹系數(shù)。熱導(dǎo)率是當(dāng)溫度垂直梯度為1℃/m時，單位時間內(nèi)通過單位水平截面積所傳遞的熱量?；炷林泻胁煌问降乃@些水的形式和多少嚴(yán)重影響著混凝土的熱導(dǎo)率?；炷恋臒釋?dǎo)率經(jīng)常采用穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法測量。在測量濕混凝土的熱導(dǎo)率時，瞬態(tài)法要優(yōu)于穩(wěn)態(tài)法，因為高溫下混凝土中的物化反應(yīng)引起熱量的斷續(xù)的損失。圖1顯示了NSC的熱導(dǎo)率的變化，陰影區(qū)顯示了不同實驗過程給出的數(shù)據(jù)范圍。不同的實驗者采用不同的實驗儀器，實驗方法在不同的實驗條件下得出了不同的實驗數(shù)據(jù)。幾乎沒有標(biāo)準(zhǔn)的實驗方法來側(cè)量熱力學(xué)性能。一般來說，室溫下普通混凝土的熱導(dǎo)率

7、在1.4和3.6之間。熱導(dǎo)率隨溫度的增加而緩慢降低，且這種降低主要取決于混凝土的配合比，含水量和滲透性。比熱容是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，即使單位質(zhì)量物體改變單位溫度時的吸收或釋放的內(nèi)能。比熱容主要受混凝土含水量，骨料類型和密實度的影響。圖2顯示了普通混凝土隨溫度變化的比熱容，陰影區(qū)則顯示了不同研究者的研究數(shù)據(jù)范圍。這種變化的主要影響因素是實驗過程中的混凝土的含水量，骨料類型，實驗環(huán)境和實驗儀器。熱膨脹系數(shù)是等壓(p一定)條