CN1915892A - 一种在火灾高温下抗爆裂的混杂纤维自密实混凝土 - Google Patents
一种在火灾高温下抗爆裂的混杂纤维自密实混凝土 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1915892A CN1915892A CN 200510200904 CN200510200904A CN1915892A CN 1915892 A CN1915892 A CN 1915892A CN 200510200904 CN200510200904 CN 200510200904 CN 200510200904 A CN200510200904 A CN 200510200904A CN 1915892 A CN1915892 A CN 1915892A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- self
- concrete
- fire
- high temperature
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011376 self-consolidating concrete Substances 0.000 claims description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 11
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 6
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000003469 silicate cement Substances 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 abstract 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 abstract 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 14
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 11
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 5
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 235000011202 Angiopteris lygodiifolia Nutrition 0.000 description 1
- 241000723185 Cyathea Species 0.000 description 1
- 206010061245 Internal injury Diseases 0.000 description 1
- 208000034189 Sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 239000012615 aggregate Substances 0.000 description 1
- 239000010883 coal ash Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000003915 liquefied petroleum gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
Abstract
本发明属于土木工程中的混凝土技术领域，可广泛应用于有防火要求的隧道与地下工程、建筑物或桥梁中，用以结构在遭受火灾或高温时混凝土结构抵抗爆裂，并显著改善结构在遭受火灾或高温后的力学性能和变形性能。其特征是选用高强度、高弹模的钢纤维和低熔点的合成纤维作为生产自密实混凝土的附加添加材料，结合高效减水剂的使用，配置出一种施工时无需振捣、火灾或高温时无爆裂且具有较高的火灾或高温后剩余抗压强度和剩余抗弯承载力的混杂纤维自密实混凝土。本发明的效果和益处是施工时无需振捣、无噪音污染，在遭受火灾或高温时结构表面无爆裂，提高结构的安全储备，发明成本低，具有显著的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于土木工程中的混凝土技术领域，可广泛应用于有防火要求的隧道与地下工程、建筑物或桥梁中，用以结构在遭受火灾或高温时混凝土结构抵抗爆裂，特别涉及到对具有优良工作度、高强度、高韧性、优良抗爆裂性能的混杂纤维自密实混凝土的配置与应用。
背景技术
火灾是造成建筑物、桥梁、隧道及地下工程等结构破坏的潜在危险之一。混凝土虽然属于不燃建筑材料。但是，一旦遭受火灾，将发生严重的爆裂，即混凝土表面出现不同程度的剥落和凹坑，从而直接导致结构的安全性能降低甚至失效，造成生命和财产的巨大损失。目前，国内外一些学者建议在混凝土中掺加合成纤维来防止或减少高温下混凝土爆裂的发生。但是，高掺量的合成纤维会降低混凝土的工作性能，增加成本并给施工带来困难。
目前已公开的研究表明，混凝土在火灾高温下发生爆裂的主要原因有二：一是内部蒸汽压力，它是指致密的混凝土基体在高温下阻止水蒸气的逸出，从而产生内部蒸汽压，当蒸汽压达到一定数值时，即引发高温爆裂；二是内部热应力，它是指火灾高温环境在混凝土内部引起了温度梯度，伴随温度梯度而产生的热应力引起了爆裂。因此，为了减轻混凝土的高温爆裂现象，一是要在混凝土中产生微孔隙以扩散并减轻蒸汽压力，二是要增加混凝土受热时温度分布的均匀性以减小温度梯度。
发明内容
本发明的目的就是提供一种具有优良工作性能、高强度、高韧性且在火灾或高温时不发生爆裂的新型混凝土复合材料，解决由于普通混凝土抗爆裂性能差的问题，其具有施工时无需振捣，依靠自身重力即可自流平达到密实的效果；同时在遭受火灾或高温时不发生爆裂，提高结构的安全储备，并为火灾时及火灾后救护提供一定的安全保障。
钢纤维具有抗拉强度高，弯折性能好的特点，依钢纤维品种的不同，其长度和直径也各不相等，外部形状有刻痕型、端部带弯钩型以及扭曲型等。合成纤维的熔点一般在160℃-200℃之间。当混凝土遭受高温或火灾温度达到合成纤维的熔点时，混凝土还处于自蒸发阶段，合成纤维熔化后的液态体积远小于固态所占空间，于是形成众多小孔隙，并由于合成纤维分散的均匀性及纤维细小而根数又多，使得混凝土内部孔结构发生了变化，孔隙的连通性加强，为混凝土内部水分的分解蒸发提供了通道，缓解了基体内部蒸汽压力，抗爆裂性能明显增加。
合成纤维的加入增加了混凝土内部的孔隙，影响了混凝土的抗压强度。钢纤维具有较好的热传导性能；其热传导系数为混凝土的20～30倍。又由于钢纤维在混凝土中是三维乱向分布的，因而它的掺入可使混凝土在高温下更快地达到内部温度的均匀一致，从而减少温度梯度产生的内部应力，减少内部损伤。同时高温条件下钢纤维在基体中的网状作用仍然存在，其对混凝土仍然具有增强增韧作用，弥补了合成纤维对混凝土强度所产生的负面影响。因此，火灾或高温时混凝土在钢纤维和合成纤维的综合作用下，不但抗爆裂性能明显增加，且强度损失的程度远低于普通混凝土。
本发明的技术方案是这样的：
这种高温抗爆裂混杂纤维自密实混凝土拌合物，含有水泥、粉煤灰、水、骨料、羧酸类高效减水剂、钢纤维、合成纤维。其特征在于：
羧酸类高效减水剂掺量为水泥用量的0.5～1.2％；
普通P·II42.5R硅酸盐水泥，掺量为450～550kg/m3，粉煤灰掺量为水泥用量的10～25％；
钢纤维抗拉强度为1000～1200MPa，弹性模量为200～220GPa，合成纤维熔点为150～200℃，抗拉强度为300～500MPa，钢纤维掺量为40～70kg/m3，合成纤维掺量为1～4kg/m3；
骨料中的砂率值为40～55％。
本发明的效果和益处是：
能够在配筋密集结构中进行施工，达到理想的密实效果。施工时无需振捣，无噪音污染，可在夜间施工，节省劳动力，加快施工进度；
硬化后的混凝土力学性能优良，抗压强度达到50MPa以上，高温后剩余抗压强度可达25MPa以上，改善混凝土高温后的力学性能；
受火灾或高温后，混凝土表面无爆裂，降低内部钢筋力学性能的劣化，提高结构的安全储备，为火灾时及火灾后救护提供一定的安全保障；
在配比中使用工业废料，外加剂掺量较少，从而降低了成本，节省了能源。
本发明的高温抗爆裂混杂纤维自密实混凝土，可广泛应用于有防火要求的隧道与地下工程、建筑物或桥梁中，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
附图1是常温下自密实混凝土梁弯曲荷载-位移曲线图。
图1中：横坐标D表示梁跨中的位移，单位是mm；纵坐标F表示梁的承载力，单位是kN；
附图2是燃烧时的升温曲线图。
图2中：横坐标t表示时间，单位是min；纵坐标T表示温度，单位是℃。
附图3是火灾高温后普通自密实混凝土的外观形态图。
附图4是火灾高温后单掺合成纤维的自密实混凝土外观形态图。
附图5是火灾高温后单掺钢纤维的自密实混凝土外观形态图。
附图6是火灾高温后混杂纤维自密实混凝土的外观形态图。
附图7是1000℃火灾高温后自密实混凝土梁弯曲荷载-位移曲线图。
图7中横坐标D表示梁跨中的位移，单位是mm；纵坐标F表示梁的承载力，单位是kN；
图中：1普通自密实混凝土；2单掺合成纤维的自密实混凝土；3单掺钢纤维的自密实混凝土；4掺入合成纤维和钢纤维的混杂纤维自密实混凝土。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施例。
实施例：
该火灾高温下抗爆裂混杂纤维自密实混凝土已在试验研究中得到了验证。为了对比，还配置了不掺纤维的普通自密实混凝土、单掺合成纤维的自密实混凝土和单掺钢纤维的自密实混凝土。自密实混凝土的配合比如表1，材料参数说明如表2。
采用先干拌后湿拌的方法，即先将水泥、砂、石子、粉煤灰投入搅拌机进行干拌1～2分钟，然后均匀撒入合成纤维和钢纤维，再干拌1～2分钟，最后加入掺和均匀的水和减水剂，搅拌2～3分钟后出料。
表1 自密实混凝土配合比(kg/m3)
| 材料 | 水泥 | 水 | 砂 | 石子 | 粉煤灰 | 减水剂 | 合成纤维 | 钢纤维 |
| 普通自密实混凝土 | 500 | 220 | 764 | 764 | 100 | 3.5 | 0 | 0 |
| 单掺合成纤维的自密实混凝土 | 500 | 220 | 764 | 764 | 100 | 3.5 | 2 | 0 |
| 单掺钢纤维的自密实混凝土 | 500 | 220 | 764 | 764 | 100 | 3.5 | 0 | 55 |
| 混杂纤维自密实混凝土 | 500 | 220 | 764 | 764 | 100 | 3.5 | 2 | 55 |
表2 材料参数说明
| 材料 | 参数说明 |
| 水泥 | 普通P·II42.5R硅酸盐水泥。 |
| 水 | 普通应用水，水灰比为0.44(水与水泥之比)。 |
| 砂 | 中砂，细度模数为2.46，砂率为50％。 |
| 石子 | 粒径为5-12mm的碎石。 |
| 粉煤灰 | 一级粉煤灰。 |
| 减水剂 | 羧酸类高效减水剂，水泥用量的0.7％。 |
| 合成纤维 | 长度为15mm，直径为0.03mm，抗拉强度为400Mpa，熔点为175℃。 |
| 钢纤维 | 冷拉钢丝型，长度为35mm，直径为0.55mm，抗拉强度为1150Mpa，两端带弯钩。 |
经过测试，此配比下四种自密实混凝土的坍落流动度以及28天抗压强度如表3所示，均满足高强且自密实的要求；试验前进行常温下四种自密实混凝土梁的弯曲性能测试，梁尺寸为400mm×100mm×100mm。四种梁的荷载-位移曲线如图1所示。可见，混杂纤维自密实混凝土和单掺钢纤维的自密实混凝土有比普通自密实混凝土和单掺合成纤维的自密实混凝土更高的常温下抗弯强度。
表3 自密实混凝土的坍落流动度以及28天抗压强度
| 试件 | 坍落流动度 | 28天抗压强度 |
| 普通自密实混凝土 | 72 | 63 |
| 单掺合成纤维的自密实混凝土 | 67 | 58 |
| 单掺钢纤维的自密实混凝土 | 70 | 66 |
| 混杂纤维自密实混凝土 | 66 | 68 |
使用液化石油气燃烧模拟火灾，对混凝土试件按图2所示温度变化曲线施加高温荷载。在加温过程中不时听到普通自密实混凝土和单掺钢纤维的自密实混凝土发出撆椤(1)閿的响声。而混杂纤维自密实混凝土和单掺合成纤维的自密实混凝土则没发出任何声响。降温后取下试件，在受火面，普通自密实混凝土爆裂现象非常严重，如图3所示，质量损失为12.7％；单掺合成纤维的自密混凝土无爆裂，如图4所示，质量损失为7.2％；单掺钢纤维的混凝土爆裂现象也比较严重，如图5所示，质量损失为10.9％；混杂纤维自密实混凝土无爆裂发生，如图6所示，质量损失为6.5％，仅仅是混凝土内部水分的散失而已。
试件降至室温后，对自密实混凝土梁进行抗压强度测试和弯曲性能测试，普通自密实混凝土的抗压强度为16MPa，仅为常温下的25.4％；单掺合成纤维的自密实混凝土抗压强度为16MPa，仅为常温下的28％；单掺钢纤维的自密实混凝土抗压强度为31MPa，为常温下的47％；混杂纤维自密实混凝土的抗压强度为34MPa，为常温下的50％。1000℃火灾高温后四种梁在弯曲荷载作用下的荷载-位移曲线如图7所示，可见，混杂纤维自密实混凝土和单掺钢纤维的自密实混凝土有比普通自密实混凝土和单掺合成纤维的自密实混凝土更高的火灾后抗弯强度和剩余承载力。因此，混杂纤维自密实混凝土不但提高了混凝土火灾高温下的抗爆裂性能，而且还提高了混凝土火灾后的剩余抗压强度和剩余抗弯承载力。
Claims (2)
1.一种在火灾高温下抗爆裂的混杂纤维自密实混凝土，选用高强度、高韧性的钢纤维和低熔点的合成纤维作为生产自密实混凝土的附加添加材料，结合高效减水剂的使用，配置出一种施工时无需振捣的混凝土材料，其特征在于：
羧酸类高效减水剂掺量为水泥用量的0.5~1.2％；
普通P·II42.5R硅酸盐水泥，掺量为450~550kg/m3，粉煤灰掺量为水泥用量的10~25％；
钢纤维掺量为40~70kg/m3，合成纤维掺量为1~4kg/m3；
骨料中的砂率值为40~55％。
2.根据权利要求1中所述的火灾高温下抗爆裂混杂纤维自密实混凝土，其特征在于：钢纤维抗拉强度为1000~1200MPa，弹性模量为200~220GPa；合成纤维熔点为150~200℃，抗拉强度为300~500MPa。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510200904 CN1915892A (zh) | 2005-12-31 | 2005-12-31 | 一种在火灾高温下抗爆裂的混杂纤维自密实混凝土 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510200904 CN1915892A (zh) | 2005-12-31 | 2005-12-31 | 一种在火灾高温下抗爆裂的混杂纤维自密实混凝土 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1915892A true CN1915892A (zh) | 2007-02-21 |
Family
ID=37736993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200510200904 Pending CN1915892A (zh) | 2005-12-31 | 2005-12-31 | 一种在火灾高温下抗爆裂的混杂纤维自密实混凝土 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1915892A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102173681A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-09-07 | 冯乃谦 | 一种具有高耐火性能混凝土的制备方法 |
| CN103921348A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-07-16 | 国家电网公司 | 一种高强度电力水泥杆的制作方法 |
| CN105753400A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-07-13 | 北方工业大学 | 防高温爆裂的自密实混凝土及其制备方法、以及钢管混凝土 |
| CN112279585A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-29 | 马克菲尔（长沙）新型支档科技开发有限公司 | 一种预制板轨道填充层用混凝土及其制备方法和应用 |
| CN114716189A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-07-08 | 中国建筑第八工程局有限公司 | 门窗口高应变能力预制混凝土过梁及其制备方法 |
| CN114878791A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-08-09 | 昆明理工大学 | 一种预测普通混凝土高温后抗压强度损失率的方法 |
| CN115504741A (zh) * | 2022-10-17 | 2022-12-23 | 中铁二十五局集团第二工程有限公司 | 一种耐高温混杂纤维增强混凝土及其制备方法 |
-
2005
- 2005-12-31 CN CN 200510200904 patent/CN1915892A/zh active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102173681A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-09-07 | 冯乃谦 | 一种具有高耐火性能混凝土的制备方法 |
| CN102173681B (zh) * | 2011-01-26 | 2013-01-02 | 冯乃谦 | 一种具有高耐火性能混凝土的制备方法 |
| CN103921348A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-07-16 | 国家电网公司 | 一种高强度电力水泥杆的制作方法 |
| CN103921348B (zh) * | 2014-04-30 | 2016-03-23 | 国家电网公司 | 一种高强度电力水泥杆的制作方法 |
| CN105753400A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-07-13 | 北方工业大学 | 防高温爆裂的自密实混凝土及其制备方法、以及钢管混凝土 |
| CN112279585A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-29 | 马克菲尔（长沙）新型支档科技开发有限公司 | 一种预制板轨道填充层用混凝土及其制备方法和应用 |
| CN112279585B (zh) * | 2020-10-19 | 2022-04-19 | 马克菲尔（长沙）新型支档科技开发有限公司 | 一种预制板轨道填充层用混凝土及其制备方法和应用 |
| CN114716189A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-07-08 | 中国建筑第八工程局有限公司 | 门窗口高应变能力预制混凝土过梁及其制备方法 |
| CN114878791A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-08-09 | 昆明理工大学 | 一种预测普通混凝土高温后抗压强度损失率的方法 |
| CN115504741A (zh) * | 2022-10-17 | 2022-12-23 | 中铁二十五局集团第二工程有限公司 | 一种耐高温混杂纤维增强混凝土及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ali et al. | Influence of glass fibers on mechanical and durability performance of concrete with recycled aggregates | |
| Zhou et al. | Development of high strain-hardening lightweight engineered cementitious composites: Design and performance | |
| Alaskar et al. | Performance evaluation of high-strength concrete reinforced with basalt fibers exposed to elevated temperatures | |
| Sadrolodabaee et al. | Mechanical and durability characterization of a new textile waste micro-fiber reinforced cement composite for building applications | |
| Li et al. | Comparison of flexural property between high performance polypropylene fiber reinforced lightweight aggregate concrete and steel fiber reinforced lightweight aggregate concrete | |
| Gao et al. | Study on the bonding properties of Engineered Cementitious Composites (ECC) and existing concrete exposed to high temperature | |
| jun Li et al. | Investigation on mechanical properties and microstructure of high performance polypropylene fiber reinforced lightweight aggregate concrete | |
| Koksal et al. | The effects of high temperature and cooling regimes on the mechanical and durability properties of basalt fiber reinforced mortars with silica fume | |
| Çavdar | A study on the effects of high temperature on mechanical properties of fiber reinforced cementitious composites | |
| Liu et al. | Mechanical performance of high-strength engineering cementitious composites (ECC) with hybriding PE and steel fibers | |
| CN1915892A (zh) | 一种在火灾高温下抗爆裂的混杂纤维自密实混凝土 | |
| CN101723620A (zh) | 一种聚乙烯醇纤维增强水泥基材料组合物及其制法和应用 | |
| Yang et al. | Uniaxial compression mechanical property and fracture behavior of hybrid inorganic short mineral fibers reinforced cement-based material | |
| Prathipati et al. | A study on the uniaxial behavior of hybrid graded fiber reinforced concrete with glass and steel fibers | |
| Ganesh et al. | Investigation on the performance of hybrid fiber reinforced geopolymer concrete made of m-sand under heat curing | |
| Ganesan et al. | Effect of hybrid fibers on tension stiffening of reinforced geopolymer concrete | |
| Zhang et al. | Effect of multi-minerals on the mechanical behavior and pore structure of fiber reinforced internal-cured green concrete | |
| Annadurai et al. | Geopolymer concrete reinforced with basalt fibres: An experimental investigation | |
| Zhang et al. | Thermal effect on mechanical properties of metakaolin-based engineered geopolymer composites (EGC) | |
| Wu et al. | Dynamic compressive properties of rubberized mortar reinforced with straw-fiber additive | |
| Shakir et al. | A review on hybrid fiber reinforced concrete pavements technology | |
| Wegian et al. | Influence of fly ash on behavior of fibres reinforced concrete structures | |
| Mariak et al. | The effect of macro polymer fibres length and content on the fibre reinforced concrete | |
| Venkatesan et al. | Review on hybrid fiber reinforced high performance high volume flyash concrete | |
| Saljoughian et al. | An eco-friendly ECC with high slag and polypropylene fiber content for high-tensile strain applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |