超高韧性水泥基复合材料耐火性能试验研究

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超高韧性水泥基复合材料(ECC)在常温下具有出色的拉伸性能、控裂能力以及非线性变形能力,具有广阔的应用前景。目前国内外对于ECC常温下的力学性能已经进行了广泛的研究,但对其耐火性能的研究还相对较少,对钢筋增强ECC约束梁的耐火性能,国内外还是一片空白。本文围绕钢筋增强ECC约束梁的耐火性能,主要进行的工作和结论如下:  1.对ECC试块高温后的力学性能进行了试验研究,研究了高温对其抗压强度、抗折强度以及质量损失的影响,并通过扫描电子显微镜研究了ECC微观结构的高温劣化机理。试验结果表明:经历不同高温后ECC并未发生爆裂现象,ECC试块表面也没有出现可见裂纹;在ECC试块立方体抗压试验中,ECC试块在经历200℃及以下的温度后,破坏时具有明显的多裂缝开展形态,试件破坏时具有较好的完整性,为显著的塑性破坏,在经历300℃及以上的温度后破坏形态发生明显改变,为显著的脆性破坏;200℃~300℃时,PVA纤维发生熔化,ECC的立方体抗压强度有一个较大幅度的下降;ECC在100℃时,残余抗折强度比常温下还略有提高,此后200℃~300℃时,ECC残余抗折强度迅速下降,300℃~800℃时,ECC材料的残余抗折强度下降缓慢,特别是400℃以后,残余抗折强度基本保持不变。  2.对3根钢筋混凝土(RC)约束梁、3根钢筋增强ECC(RECC)约束梁、2根钢筋混凝土/ECC(RC/ECC)组合约束梁进行了升降温全过程的耐火性能试验,研究了升降温全过程中梁端约束、升温时间等参数对约束梁高温下的变形和内力的影响,比较了RC约束梁、RECC约束梁和RC/ECC约束梁高温下的温度场分布、变形和内力,试验结果表明:在升温过程中,RECC梁内部测点温度小于相应的RC梁;在整个升降温过程中,RECC梁内部温度测点温度变化规律基本与RC梁一致;在相同的条件下,RECC梁试件的跨中挠度小于RC梁;升温时间为60min的RECC梁和RC梁,RECC梁轴向变形峰值要比RC梁低,升温时间为120min的RECC梁和RC梁,轴向变形峰值比较接近;在整个升降温过程中RECC梁的轴力<RC/ECC梁的轴力<RC梁的轴力;RECC梁的梁端弯矩在全过程中都小于RC梁;RC/ECC组合约束梁高温下的响应与RC约束梁基本相同。  3.利用SAFIR程序,对RC约束梁升降温全过程的温度场、变形和内力进行了数值分析,并用RC约束梁数值分析结果与RECC约束梁、RC/ECC约束梁的温度场、变形和内力进行了比较分析。研究结果表明:RC约束梁的数值分析结果与RC约束梁和RC/ECC约束梁的试验结果符合较好;由于对高温下ECC的研究还比较少,采用混凝土的参数不能很好的模拟RECC高温下的温度场、变形和内力。  4.对常温下1根RECC约束梁和高温后8根约束梁进行了静载试验。试验结果表明:常温下的RECC约束梁呈现弯曲破坏特征,高温后的RECC约束梁呈现剪切破坏特征,ECC的剪切性能因受高温而大幅度的下降,为了使RECC梁有较好的耐火性能,配置足够的抗剪箍筋是必要的;高温后的RECC约束梁的刚度大于RC约束梁。  5.分析了高温后RECC梁抗剪承载力下降的原因,提出了高温后约束梁的抗弯和抗剪承载力计算公式。
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