论述混凝土的耐火性

 0引言

　　混凝土结构是我国目前最广泛使用的结构类型，其在高温作用下往往受到不同程度的损伤，降低了结构的安全性和耐久性，并发生过灾后倒塌的案例。随着高层建筑和公共建筑规模的不断扩大，建筑物发生火灾的危险性、造成的人员伤亡和经济损失也日趋严重。当混凝士构筑物遇到火灾时，其加热温度和加热时间是不确定的。一般而言，提升混凝土的耐火性, 相应的混凝士构筑物的耐火性也会有较大程度的增强。   　　1一般混凝土的耐火性 　　混凝土耐火性即混凝土在火灾高温下的性能, 包括高温下的抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量、应力- 应变曲线等等指标。混凝土自身的耐火性通常对混凝土构件的耐火性有显著影响, 从而影响建筑结构的耐火性。 　　混凝土从耐火程度上可以分为一般混凝土和耐火混凝土两大类。一般混凝土是由水泥、水、 骨料和外加剂经过搅拌、 浇捣和硬化过程形成的一种水硬性复合材料。 在高温作用下, 混凝土将发生热分解, 从而改变混凝土的力学性能。对于普通硅酸盐混凝土而言, 处于400℃以下时温度对其强度影响不大,甚至还有一定程度的提高, 但处于 800 -1000℃时, 其强度下降幅度较大。 　　能承受900℃以上温度的混凝土称为耐火混凝土。它由适当的胶结料、耐热粗细骨料(有时也掺入一定量磨细的矿物掺量)和水，按一定比例配制而成。耐火混凝土的特点是在高温下仍能保持一定的力学强度和良好的耐急冷急热性, 且高温下收缩变形小。由于所用胶结料和骨料不同，它们各自的耐热性能和其他物理力学性能也就必然会有差别。按胶结材料主要分为硅酸盐耐火混凝土、铝酸盐耐火混凝土、磷酸盐耐火混凝土等;按耐火骨料品种主要分为高铝质、粘土质、硅质、半硅质、镁质耐火混凝土等。实际使用时，应根据混凝土强度、极限使用温度以及其他性能要求、原材料供应状况和经济效益等因素综合考虑，确定选用耐火混凝土的品种及其骨料。耐火混凝土从 20 世纪 50 年代后期开始在我国得到较大的发展, 广泛应用于石油化工、水电、建筑和机械等领域。   　　2火灾下混凝土的性能 　　混凝土在火灾作用下,其内部的温度逐步升高 ,混凝土在升温过程中内部结构出现了一系列的物理、 化学反应 ,使混凝土在高温下逐步丧失强度或出现爆裂现象使承载能力下降 ,最终无法继续承受荷载而崩溃。其过程大置可概括如下: 　　混凝土开始升温到 100℃左右时,水泥砂浆和骨料中的自由水分逐步蒸发排出。在 180℃左右时,水泥凝胶体开始出现脱水反应 ,原来以化学形式存在的水分开始得到释放和蒸发。随着水分的逐渐蒸发 ,伴随着凝胶体结构的持续崩塌 ,毛细孔的平均体积、表面积和孔隙率开始增加。当温度达到500℃ 左右时 ,水泥砂浆块中的氢氧化钙开始出现分解。发表论文。硅酸盐类粗骨料在 570℃左右时出现晶体转化,并伴随着明显的热膨胀。在 700℃左右时 ,水泥砂浆块中水化硅酸盐钙开始分解。在温度达到 800℃左右时,混凝土中碳酸盐类粗骨料开始出现脱碳 ,并拌随着一定数量的二氧化碳气体排出。在温度达到 1150 - 1200℃左右时水泥砂浆和骨料开始熔化。 　　与此可见,混凝土在升温过程中,水泥砂浆的脱水反应使其孔隙率增加、微裂缝逐步发展、 强度逐步削弱;水泥砂浆和粗骨料的热变形的存在着差异 ,使两者间的粘结也逐步受到损伤和破坏;粗骨料在高温下的转化和分解,使混凝土性能进一步的恶化;同时,混凝土内部的不均匀温度场,产生较高的温度应力,使混凝土在高温下的承载能力进一步的削弱。
　　3特殊混凝土的耐火性 　　3.1高强混凝土耐火性 　　一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土。高强混凝土作为一种新兴建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大等优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。 　　相关研究表明，与普通混凝土相比，高强混凝土的耐火性能较差。随着高强混凝土的在实际工程中的应用逐渐增多，高强混凝土的耐火性能特别是火灾中的爆裂问题值得关注。发表论文。高强混凝土的耐火性能较差，火灾中发生爆裂的原因是高强混凝土采取了较低的水灰比。这主要是为了获得较高的强度和提高高强混凝土的抗渗性能。高强混凝土构件的耐火性能特别是抗爆裂与混凝土强度、含水率、密度、配筋及火灾本身的特征等有关。 　　3.2轻质混凝土耐火性 　　轻质混凝土又名泡沫混凝土，是一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料，其具有轻质、保温、隔热、耐火等优良性能。 　　轻质混凝土的特点是孔隙较多且密度较小，而热量在气体中的传递速率要比在固体中传递的速率慢，因此，与普通混凝土相比，轻质混凝土质量轻，且具有较佳的耐火性能，应用在建筑结构中不仅可减少结构自重，而且可增加耐火时间，提高建筑结构的安全水平，因此，轻质混凝土具有十分广阔的发展前景，但是与轻质混凝土耐火性能有关的相关问题还需要进一步深入研究。发表论文。 　　3.3钢筋混凝土耐火性 　　钢筋混凝土结构在火灾高温作用下，强度的计算主要同钢筋高温性能有关，它直接影响建筑结构在火灾下的反应以及对火灾后的评定和处理方案。钢筋混凝土一般使用普通低碳钢筋，高温下钢筋弹性模量的降低与温度有很大关系，而钢材的种类和强度级别对其影响不大。 　　钢筋与混凝土之间的粘结力主要由混凝土硬化收缩时将钢筋握裹而产生的摩擦力、钢筋表面与水泥胶体的胶结力、混凝土与钢筋接触表面上凹凸不平的机械咬合力所组成，这是钢筋与混凝土共同工作的前提。在火灾中，钢筋与混凝土之间的粘结力会相应程度地降低，这与火灾温度、钢筋类型、冷却方式等有关。   　　4建筑结构的耐火性 　　在高层结构、预应力结构、多层框架结构中，常常采用钢筋混凝土。在火灾高温下, 这两种材料的强度和变形性能随温度的变化而变化, 但由于二者的膨胀性、线胀系数的不同, 必将引起结构内力重分布、预应力重分布, 最终导致结构承载力下降。加上火灾能够引起结构局部破坏, 使得部分结构提前退出平面工作, 从而导致结构连续倒塌和整体结构破坏。 出于对火灾进行防范的安全考虑, 对建筑结构耐火性的设计必不可少。由此可见，对混凝土耐火性的研究显得更有意义和必要性。
　　5结语 　　随着人类社会的不断发展，人口的不断膨胀，人均占有资源不断减少，对合理利用资源，降低单位产品能耗及保护环境的要求也将愈来愈高，所以新型的胶结料、耐火骨料和外加剂都将在今后耐火混凝土的研究值得关注。同时借助于研究应用新的实验方法和制备技术,耐火混凝土的各种工作性能都将有很大潜力能够显著地提高，耐火混凝土将更有效地服务于人类社会。