含粗骨料的超高性能混凝土高温损伤特征及其抗火性改善机理

Since it is urgently needed to identify the characteristics of fire resistance of ultra-high-performance concrete with coarse aggregate (UHPC(CA)), the proposed project is aimed at investigating properties and performance of UHPC(CA) subjected to fire or high temperatures. Thermally explosive spalling will be tested and the features of crack growth will be explored. Microstructure of UHPC(CA) will be investigated to determine the effects of sorts and sizes of both fibers and coarse aggregates on the crack growth and pore structure of UHSC(CA). The macro-scale properties and performance will be associated with the feature of microstructure of UHPC(CA), in order to establish the mechanism for improving fire resistance of UHPC(CA) and to propose technical measures to ensure good fire resistance of UHPC(CA) . The technical measures will be verified by application in practical construction of some structural elements in a construction project to be selected. The proposed project will be carried out to identify the features of damage to UHPC (CA) caused by fire or high temperature, and also to further improve its fire resistance. These experimental results will provide important information for application of UHPC(CA) to buildings or structures with required fire resistance. Therefore, this project has both theoretical values and engineering significance, to ensure fire safety of UHPC(CA) structures and to promote application of UHPC(CA) to practical construction.

鉴于含粗骨料的超高性能混凝土（Ultra-High-Performance Concrete with coarse aggregate, UHPC(CA)）的抗火性特征亟待研究探明，本项目拟试验研究UHPC(CA)的火灾高温性能。测定UHPC(CA)高温爆裂行为，确定其高温裂纹扩展特征；测定高温作用后微观结构，确定不同种类和尺寸纤维、粗骨料对其裂纹扩展、孔结构的影响；结合宏观性能与微观结构特征，确定UHPC(CA)高温损伤特征，建立UHPC(CA)抗火性改善机理，提出确保良好抗火性的UHPC(CA)技术途径，并通过工程应用予以验证。本项目将探明UHPC(CA)材料火灾高温损伤特征，进而改善其抗火性。这些研究结果将为UHPC(CA)在具有抗火性要求的建筑结构中应用提供重要参考。因此，本项目对确保UHPC(CA)结构的火灾安全性和推进UHPC(CA)的实际应用具有重要的理论意义与工程意义。

鉴于含粗骨料的超高性能混凝土（Ultra-High-Performance Concrete with coarse aggregate, UHPC(CA)）的抗火性特征亟待研究探明，本项目开展试验研究，探讨UHPC(CA)的火灾高温性能。.研究结果表明，水胶比对UHPC(CA)的强度的影响，不同于普通混凝土，并非水胶比越小、强度越高。在0.14-0.20的范围内，水胶比0.18的UHPC强度最高。因此，配制UHPC(CA)的适宜水胶比是0.18。石子的5%针片状颗粒含量，对UHPC的强度没有显著影响。但含此针片状颗粒的UHPC断裂能略高于空白的UHPC。在四种粗骨料（即石灰石、花岗岩、玄武岩、辉绿岩石子）中，玄武岩石子配制混凝土的强度与断裂能数据稍高一些，效果较好。在四种钢纤维中，波纹形的环保钢纤维效果最好，能提高UHPC(CA)的抗拉强度和断裂能。其提高断裂能的原因，是提供了抗裂效果（即Post-peak cracking behavior）。.UHPC(CA)在高温下极易发生爆裂，即使有钢纤维也难以完全避免。不过，附着橡胶颗粒的环保型钢纤维可显著提高UHPC(CA)的断裂能，并提高其抗高温爆裂效果。.高温爆裂的UHPC(CA)断面观测表明，爆裂没有引发贯穿粗骨料的断裂，而是引发了贯穿砂浆的断裂以及沿界面的断裂。这种断裂方式，表明热应力作为单一因素还不足以引发爆裂，必须具备蒸汽压与热应力的组合作用，才导致了含粗骨料超高性能混凝土的高温爆裂。.实测混凝土内蒸汽压结果表明PP纤维显著减小了试件内部蒸汽压力，有利于提高UHPC(CA)的抗爆裂性。.从多种养护制度中选定了90 °C热水预养护与200 °C或250 °C干热养护所组成的组合养护，发现组合养护可显著提高UHPC的力学性能，且该提高效果会随组合养护中干热养护温度的升高逐渐增大，尤其有利于提高UHPC的抗高温爆裂性能。这是一种抑制UHPC高温爆裂的新方法，其作用机理不同于掺加聚丙烯纤维而致的蒸汽逸出机理，而是游离水减量化机理，即：组合养护激发了UHPC的进一步水化，使其微观结构更加密实的同时，消耗了大量混凝土内部游离水，从而显著提高UHPC抗高温爆裂性能。.这些研究结果将为UHPC(CA)在具有抗火性要求的建筑结构中应用提供重要依据。本项目对确保UHPC(CA)结构的火灾安全性具有重要的科学意义。