有机合成纤维对隧道管片混凝土经高温后性能的影响

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1、第34卷第1期华北水利水电学院学报Vo1．34NO．12013年2月JournalofNoAhChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerFeb．20l3DOI：10．3969／j．issn．1002—5634．2013．01．000有机合成纤维对隧道管片混凝土经高温后性能的影响周华新，阳知乾，崔巩，刘建忠(江苏省建筑科学研究院有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏南京210008)摘要：基于高温传感器建立了高温自动采集系统，对火灾高温环境下混凝土内部温度进行了监测，对盾构法隧道管片有应用前

2、景的有机纤维混凝土高温后的性能进行了试验研究．试验结果表明：火灾过程中混凝土构件从内到外存在很明显的温度梯度，掺入有机合成纤维能明显降低温度梯度引起的混凝土开裂、爆裂、剥落现象；聚丙烯纤维分解温度高于纤维素纤维和聚乙烯醇纤维，在弯拉强度、断裂能、断裂韧性及残余强度方面聚丙烯纤维混凝土均优于聚乙烯醇纤维混凝土和纤维素纤维混凝土，更适合用于提高隧道管片混凝土在火灾高温环境下的抗爆裂性能．关键词：隧道管片；高性能混凝土；有机纤维；力学性能；火灾高温；爆裂中图分类号：TU528．572文献标识码：A文章编号：1002—5634(2013)01—0032—05盾构法隧道

3、的衬砌结构采用预制混凝土管片拼材料及配合比见表1．试验用纤维分别为聚丙烯纤装而成．大量的火灾实例表明，一旦发生火灾，温度维(PPFiber)(直径D=38Ixm，长度L=19mm)、纤将高达1000oC，甚至更高．除了对隧道内的人员造维素纤维(CelluloseFiber)(D=20Ixm，L=5mm)和成巨大伤害外，还会导致混凝土的力学性能的劣化，聚乙烯醇纤维(PVAFiber)(D=28Ixm，L=甚至爆裂．将对衬砌结构产生不同程度的破坏，大大18mm)，纤维体积掺量为0．15％．降低结构的承载力和安全性¨．表1混凝土原材料及配合比笔者根据隧道盾构管片混凝

4、土的特点制备C50P10混凝土蒸养试件，在部分试件中分别掺入聚丙烯纤维、纤维素纤维及聚乙烯醇纤维．通过火灾高温模拟试验，了解火灾发生时混凝土内部温度梯度的变化规律，揭示有机纤维高温抗爆裂作用；并通过高温后的力学性能测试，研究不同种类有机纤维混凝土高温后力学性能的劣化规律．结合试验研究和抗爆裂机理分析，优选出适合于提高隧道管片混凝土抗爆裂性能的有机纤维，旨在更好地指导有机纤结合江苏地区盾构法隧道管片混凝土生产工维在隧道管片混凝土中的应用．艺，成型后试件带模蒸养(预养、升温、恒温、降温)，蒸养养护制度为：25℃预养4．5h，升温时间1．5h，1原材料及试验方法45

5、o【=恒温4．0h，降温时间2．0h，温度降至25℃，1．1试验原材料及试件准备整个养护过程为12．0h．抗压强度试件尺寸为隧道管片混凝土强度等级为C50P10，混凝土原100mm×100mm×100mm，弯曲韧性试件尺寸为收稿日期：2012—08—16基金项目：国家重点基础研究发展计划(“973”计划)资助项目(2010CB735801)．作者简介：周华新(1982一)，男，江西九江人，高级程师，硕士，主要从事高性能混凝土与高性能纤维混凝土方面的研究刘建忠(1976一)，男，福建闽建人，教授级高级工程师，主要从事高性能混凝土、纤维混凝土等方面的研究．第34卷

6、第1期周华新，等：有机合成纤维对隧道管片混凝土经高温后性能的影响33100mm×100mmx400mm，蒸养结束后置于标养设定升温速率为(20±3)oC／min，到达设定的室养护至设定龄期(28d)，其中3个100mm×800cI=时即停止加热并开始降温．在高温采集系统100mmx400mm的梁试件用切割机在其跨中位置的温度感应性验证试验过程中，高温炉膛内不放置进行开口，开口宽度与深度分别为3mm和10mm．任何试件．高温温度自动采集系统的温度敏感性测1．2火灾高温模拟及温度采集试结果如图1所示．采用高温箱式电阻炉模拟火灾升温情况，最大升温速率为20c《=／m

7、in；以温度为变化参数，分别为0，400，800℃．当达到设定温度后，恒温1h，然后自然冷却至常温，再进行试验．根据高温模拟实验环境及试验研究的需要，进行了高温采集系统的设计，采集温度范围为0～1500oC，精度为±1c【=．高温传感器为K型热电偶(0～1900℃)，长度80mm，高温补偿线5m，自带冷端补偿线．基于单片机控制的混凝土原位温、湿度监测系统设计原理，建立了多通道高温温度自动采集图1高温自动采集系统温度敏感性测试系统，由ADC数据采集板和数据处理软件等组成．由图1可知，高温温度自动采集系统能准∞确∞感∞∞∞∞∞oADC数据采集有8个通道，可同时采集

8、8个样品的应出炉膛内温度的变化，且温差