局部火灾下绿色高性能纤维增强水泥基复合材料新型结构抗火性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料（GHPFRCC）以其优异性能而得到日益广泛的应用，而GHPFRCC新型结构的抗火性能亟待研究探明。首先考虑材料可持续性发展，从配合比和高温性能角度出发进行高掺量粉煤灰GHPFRCC优化设计，在试验基础上提出GHPFRCC热工性能和热力学性能的表达式；其次进行火灾下足尺GHPFRCC新型端部受约束梁、柱构件以及局部火灾下两层两跨框架的耐火试验，探明该类构件和结构的温度场分布及高温性能；最后在试验基础上并考虑GHPFRCC构件设计理论及PVA纤维影响，建立局部火灾下GHPFRCC新型结构抗火性能理论模型，以此构建数值仿真的高效计算平台，揭示局部火灾下结构内力重分布规律及抗火性能，提出此类结构耐火极限和高温承载力简化计算方法及实用抗火设计建议。所取得成果将丰富火灾科学特别是GHPFRCC新型结构火灾安全领域的理论体系，为该类结构抗火计算与设计提供理论方法和依据。

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料（Green High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites, GHPFRCC）是通过对ECC（Engineered Cementitious Composite, ECC)材料的配合比进行正交试验设计改良而获得的一种新型绿色建筑材料，其基本力学性能和抗火性能亟待研究探明。首先考虑材料可持续性发展，从配合比设计的角度出发进行高掺量粉煤灰GHPFRCC优化设计，在试验基础上提出GHPFRCC最优配合比及制备工艺；确定GHPFRCC的正交试验设计方法、制备流程、流动度、保水性能等。试验结果表明：正交试验设计方法在获得典型配合比的同时可显著减少试验次数，节约人力、物力；所选定的GHPFRCC制备流程能获得较好工作性能；水灰比对GHPFRCC流动度影响最大，且水灰比越大，流动度越小；水灰比和减水剂的掺量对GHPFRCC保水性影响较大，合理设置水灰比及减水剂掺量有利于改善GHPFRCC保水性。通过立方体抗压试验、单轴拉伸试验和弯曲试验研究了不同水胶比、砂胶比、聚乙烯醇纤维（Polyvinyl Alcohol Fiber, 简称PVA纤维）掺量、粉煤灰替代率、减水剂掺量等因素对GHPFRCC力学性能的影响规律，建立相应的数学表达式，确定用于加固钢筋混凝土柱的GHPFRCC最优配合比。结果表明：上述因素对GHPFRCC抗压、抗拉、抗弯强度影响最大的是水胶比，且水胶比越小，GHPFRCC强度越高。PVA纤维掺量介于1.7%-2%时各项力学指标较为优异。粉煤灰掺量在60%-65%而减水剂在1%-1.5%时GHPFRCC试验结果较好。泊松比在各个配合比中的波动不大，建议取值0.235，该值略高于普通混凝土。其次进行GHPFRCC试块高温试验及GHPFRCC梁柱构件的抗火试验，探明该类材料和构件的温度场分布及高温性能；最后在试验基础上并考虑GHPFRCC构件设计理论及PVA纤维影响，建立局部火灾下GHPFRCC新型构件抗火性能理论模型，提出此类结构耐火极限和高温承载力简化计算方法及实用抗火设计建议。所取得成果将丰富纤维增强水泥基复合材料火灾安全领域的理论体系，为GHPFRCC新型结构的抗火计算与设计提供理论依据和指导。