活性粉末混凝土的抗火性及其改善機理的研究

《活性粉末混凝土的抗火性及其改善機理的研究》是依託北京交通大學，由朋改非擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：活性粉末混凝土的抗火性及其改善機理的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朋改非
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

鑒於活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete, RPC）的抗火性特徵亟待研究探明，本項目擬開展試驗研究，配製RPC，測定其火災高溫性能。測定高溫作用下RPC高溫爆裂行為，確定其高溫裂紋擴展行為特徵；測定高溫作用後RPC微觀結構，確定不同種類和尺寸鋼纖維、聚合物纖維對其孔結構、微裂紋擴展的影響。結合高溫作用下RPC巨觀斷裂性能與微觀材料結構特徵，建立改善RPC抗火性的機理，提出確保良好抗火性的RPC技術途徑。定量確定其中聚合物纖維與鋼纖維各自對抗火性的貢獻以及這兩種纖維的相互作用，摸索混雜纖維中鋼纖維、聚合物纖維合理用量範圍。本項目將探明RPC材料火災高溫性能特徵，進而研究如何改善RPC的抗火性，這些研究結果將為RPC在具有抗火性要求的結構中工程套用提供重要參考。因此，本項目對確保RPC結構的火災安全性和推進RPC的工程套用具有重要的理論意義與套用意義。

結題摘要

鑒於活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete, RPC）的抗火性特徵亟待研究探明，本項目開展了試驗研究，配製RPC，測定其火災高溫性能。測定高溫作用下RPC高溫爆裂行為，確定其高溫裂紋擴展行為特徵；測定高溫作用後RPC微觀結構，確定不同種類和尺寸鋼纖維、聚合物纖維對其孔結構、微裂紋擴展的影響。結合高溫作用下RPC巨觀斷裂性能與微觀材料結構特徵，建立改善RPC抗火性的機理，提出確保良好抗火性的RPC技術途徑。定量確定其中聚合物纖維與鋼纖維各自對抗火性的貢獻以及這兩種纖維的相互作用，摸索混雜纖維中鋼纖維、聚合物纖維合理用量範圍。本項目探明了RPC火災高溫性能特徵，進而研究如何改善RPC的抗火性，這些研究結果為RPC在具有抗火性要求的結構中工程套用提供了重要參考。 開展試驗研究，包括原材料選用、配合比設計與試件配製、常溫力學性能試驗、高溫爆裂試驗、高溫力學強度試驗、受火後斷裂性能試驗測定、受火後顯微鏡觀察細觀結構特徵、受火後MIP測定硬化水泥漿的孔徑分布和XRD測定水化產物相組成。 試驗發現RPC爆裂有如下特點：首先發生在試件上表面，基本上是上表面那一層薄片被整體掀開，接著試件內部的組分以粉末的形式向外迸出，只剩下試件的幾個外表面，隨著溫度的繼續升高，剩餘的外表面也會陸續發生爆裂，直到爆裂完全喪失整體性。 摻15mm鋼纖維的混雜纖維RPC斷裂能最高，達16865.0 J/m2，明顯高於摻13mm鋼纖維的混雜纖維RPC斷裂能；而摻13mm鋼纖維的混雜纖維RPC斷裂能又明顯高於摻10mm鋼纖維的混雜纖維RPC斷裂能。這說明在一定範圍內，隨著鋼纖維長度的增長，RPC斷裂能不斷提高。從斷裂能的增長效果來看，本試驗條件下，15mm是配製混雜纖維RPC的最佳鋼纖維長度。 本項目研究發現，纖維尤其是鋼纖維，顯著提高了RPC韌性。以摻聚丙烯纖維和鋼纖維組成的混雜纖維能有效改善抗爆裂性能，且能提高高溫作用後的殘餘力學性能。體積摻量分別是鋼纖維2.0 %和PP纖維0.15 %的混雜纖維RPC具有最優的抗火性。 混雜纖維RPC 的抗火性得到改善的機理是利用聚合物纖維減少爆裂的發生；利用混雜纖維中的鋼纖維能提高殘餘力學性能。 值得指出的是，聚丙烯纖維能夠在低於25 %濕含量的條件下可消除爆裂的發生，但在較高濕含量（25-100 %）下難以避免爆裂，對此還需要進一步的研究。