高溫作用下混凝土耐久性劣化性能研究

李雙營(yíng)

（青海民族大學(xué)建筑工程學(xué)院，青海 西寧 810007）

1 高溫作用下研究混凝土性能的原因和必要性

現(xiàn)代建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展不僅滿足了人民群眾對(duì)于房屋建筑數(shù)量和質(zhì)量的要求，更滿足了現(xiàn)代社會(huì)中生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)必要場(chǎng)所的規(guī)模擴(kuò)張和數(shù)量增加的要求，但實(shí)際上正是伴隨著建筑物的增多及施工過(guò)程中越來(lái)越多的個(gè)性化需求，使現(xiàn)代社會(huì)中的房屋建筑面臨更大可能的火災(zāi)威脅，尤其體現(xiàn)在房屋建設(shè)質(zhì)量不過(guò)關(guān)，以及所使用的施工材料無(wú)法滿足火災(zāi)威脅時(shí)的質(zhì)量需求，更加重要的在于其使用過(guò)程中所需要連接和敷設(shè)的線路及電纜會(huì)在不同程度上影響房屋建筑本身的混凝土構(gòu)造，不僅會(huì)破壞混凝土主要性能和作用，更會(huì)破壞這其中形成的結(jié)構(gòu)性和穩(wěn)定性［1］。體現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中便是城市中大量違規(guī)建筑、棚戶區(qū)的管理不夠嚴(yán)謹(jǐn)以及對(duì)于火災(zāi)的防護(hù)意識(shí)不夠，這些建筑類型在建設(shè)過(guò)程中往往會(huì)受制于必要的物質(zhì)資金條件而忽略其質(zhì)量安全管理中建筑物結(jié)構(gòu)和消防通道安排等有關(guān)防護(hù)火災(zāi)的措施和方法，并不是說(shuō)這些棚戶區(qū)的建筑物就應(yīng)該被社會(huì)完全取締而不管其中的人民生活需求，值得注意的一點(diǎn)是，研究高溫作用下混凝土的耐久性是為了能夠獲取更多更科學(xué)的方式改善建筑物建設(shè)過(guò)程中混凝土的抗高溫程度，以此改善現(xiàn)代建筑物建設(shè)和使用過(guò)程中對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)性，這是一項(xiàng)能夠在一定程度上改善人民群眾居住生活質(zhì)量和環(huán)境的利好研究項(xiàng)目。目前對(duì)于火災(zāi)的防范已開始大面積使用到計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)和防范工作，所需要測(cè)試的重點(diǎn)在于構(gòu)成建筑物最基本的材料，即混凝土在火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中所呈現(xiàn)的性能變化，現(xiàn)代社會(huì)中火災(zāi)對(duì)于建筑物的質(zhì)量安全威脅程度更深，尤其是現(xiàn)代高層建筑的大面積擴(kuò)張及建設(shè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的提升，使高層建筑物在面對(duì)火災(zāi)等高溫環(huán)境是所發(fā)生的危害更大。因此在這種現(xiàn)實(shí)因素的影響就需要加大力度進(jìn)行高溫環(huán)境下混凝土耐久性的性能分析和研究［2］。

2 高溫作用下研究和分析混凝土性能的方法

我國(guó)在研究混凝土所能承受的高溫環(huán)境程度的性能變化研究方法中較傳統(tǒng)和常規(guī)的檢驗(yàn)方式包括超聲法和回彈法等，而在實(shí)際使用過(guò)程中所依賴的試驗(yàn)方法會(huì)主要利用常溫條件下的變化曲線預(yù)測(cè)混凝土材料和結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生的性能變化，由于實(shí)驗(yàn)室條件的限制及高溫環(huán)境難以創(chuàng)造，使得試驗(yàn)過(guò)程中使用這一方式的團(tuán)隊(duì)占研究團(tuán)體中的大部分，但事實(shí)證明這種方式不僅在研究效率和研究質(zhì)量上缺乏一定現(xiàn)實(shí)因素的結(jié)合，并且會(huì)在計(jì)算過(guò)程中展現(xiàn)十分麻煩和復(fù)雜的計(jì)算狀態(tài)，不僅不利于整體研究時(shí)間和研究質(zhì)量的把控，更缺乏實(shí)際研究成果的現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)化條件［3］。因此在此方法的使用基礎(chǔ)上進(jìn)行改善和更新主要體現(xiàn)在研究過(guò)程中應(yīng)回歸到混凝土材料本身物理力學(xué)特性的分析過(guò)程中，通過(guò)掌握其必要的力學(xué)原理和變化規(guī)律設(shè)計(jì)出更加合理和高效的試驗(yàn)研究方式與技術(shù)［4］。在研究過(guò)程中需明確所選擇混凝土材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)在實(shí)際高溫環(huán)境中產(chǎn)生的力學(xué)性能變化特征，以此確定在此過(guò)程中能夠保持的耐久性。實(shí)際上現(xiàn)代建筑中使用的混凝土材料所呈現(xiàn)的熱傳導(dǎo)系數(shù)很低，由于其組成和構(gòu)成的材料大部分來(lái)自于砂漿等惰性傳熱材料，因此在對(duì)其熱傳導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行分析和確定的同時(shí)，也需從其他構(gòu)件內(nèi)容進(jìn)行性能研究。在研究混凝土材料本身性能過(guò)程中可增加鋼筋和混凝土結(jié)合成的構(gòu)件進(jìn)行耐久性和劣化性的性能研究，在此過(guò)程中鋼筋受高溫環(huán)境影響而產(chǎn)生的變化往往高于混凝土材料的變化程度，并且在研究成果中可發(fā)現(xiàn)，鋼筋和混凝土材料結(jié)合后構(gòu)件的抗高溫系數(shù)與溫度之間并非十分規(guī)律的線性關(guān)系，這表明在鋼筋混凝土構(gòu)件的溫度影響分析過(guò)程中還應(yīng)對(duì)構(gòu)件的殘余承載力進(jìn)行分析，以此確定在高溫作用下形成的混凝土材料耐久性，耐久性的性能分析并非僅包括在高溫影響甚至煅燒情形下的形狀和熱傳導(dǎo)系數(shù)的變化，更包括在此過(guò)程中還存在的對(duì)于其他部分構(gòu)件的承載力變化，高層建筑中對(duì)于這種性能的要求更加突出，處于基礎(chǔ)階段的混凝土材料一旦在高溫環(huán)境下發(fā)生承載力下降和其他方面的性能變化，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到大面積影響，這與地震時(shí)形成的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性破壞的性質(zhì)類似但程度有所不同，在后期使用和維修過(guò)程中如果忽略這一要素會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。研究鋼筋混凝土等構(gòu)件的穩(wěn)定性和耐久性的原因還在于所有的熱傳導(dǎo)過(guò)程影響的不僅是某個(gè)元素和單個(gè)材料，因此在承受熱傳導(dǎo)過(guò)程中高溫帶來(lái)威脅的過(guò)程中考驗(yàn)的也不僅是材料本身的抗熱性能，還包括各種材料之間的協(xié)調(diào)與適應(yīng)，只有充分考慮到各種材料下協(xié)同運(yùn)作情況產(chǎn)生的力學(xué)特征和性能才能有效管控混凝土材料本身的性能變化。因此這部分的強(qiáng)調(diào)內(nèi)容主要包括通過(guò)對(duì)混凝土材料熱傳導(dǎo)系數(shù)的確定和分析形成較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧W(xué)特征的基礎(chǔ)性表達(dá)，并在過(guò)程中增加對(duì)于鋼筋混凝土等構(gòu)件內(nèi)容的力學(xué)特征研究分析和特征確定，明確其材料在協(xié)同運(yùn)作過(guò)程總呈現(xiàn)出的性能中的耐久性和劣化性等。

3 試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注重的方式和研究?jī)?nèi)容的側(cè)重點(diǎn)

對(duì)于高溫作用下混凝土的耐久性和劣化性的性能研究應(yīng)從理論基礎(chǔ)和必要性探討到技術(shù)方法的研究過(guò)程中形成較為合理的研究方式，而具體研究仍然要落實(shí)到實(shí)際的試驗(yàn)過(guò)程中才能將理論部分充分展現(xiàn)到實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，這也是在現(xiàn)實(shí)條件下應(yīng)用其性能變化特征的必要研究階段。試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意事項(xiàng)包括在分析階段形成的監(jiān)測(cè)內(nèi)容和其他有監(jiān)測(cè)必要性的相關(guān)構(gòu)件，這是提供給試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的必要環(huán)節(jié)和過(guò)程。實(shí)際監(jiān)測(cè)內(nèi)容依據(jù)混凝土等材料在高溫環(huán)境下形成的分解過(guò)程、分解內(nèi)容、水分構(gòu)成情況變化和水泥凝膠體的變化等，由于高溫環(huán)境中首先影響到的是混凝土材料中的水分蒸發(fā)情況，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中首先應(yīng)記錄煅燒后混凝土材料的水分變化情況及水分蒸發(fā)完全所需時(shí)間，值得注意的是水分的蒸發(fā)可能不會(huì)直接影響到其耐久性的變化，但從一定程度上會(huì)影響到混凝土材料的劣化性。因此對(duì)于此部分水分的蒸發(fā)程度研究不僅要考慮水分蒸發(fā)的變量變化，更要考慮作為混凝土中水泥材料和骨料受影響的情況。這種構(gòu)成材料變量的影響值得研究，因此有必要將骨料所形成的變量作為試驗(yàn)分析過(guò)程中應(yīng)重視的部分，以此形成相關(guān)方面的研究假設(shè)和變量影響關(guān)系之間的假設(shè)。在研究劣化性過(guò)程中需注意，這方面的試驗(yàn)探究主要在于結(jié)構(gòu)中的抗裂化程度，即在研究過(guò)程中主要依賴的數(shù)據(jù)內(nèi)容在于各種材料間的構(gòu)成和協(xié)同運(yùn)作，包括抗裂化程度、結(jié)構(gòu)殘余承載力、相關(guān)環(huán)境中的裂化程度、高溫環(huán)境中相對(duì)客觀的溫度記錄和變化情況，因此在遭遇高溫環(huán)境狀況時(shí)應(yīng)在能夠完成緊急救援的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的及時(shí)獲取。

4 結(jié)語(yǔ)

高溫作用下混凝土耐久性和劣化性的性能分析包括物理力學(xué)原理和化學(xué)性質(zhì)變化等內(nèi)容，還包含以熱傳導(dǎo)系數(shù)為例的必要數(shù)據(jù)的獲取和分析，另外在具體分析過(guò)程中應(yīng)注重與鋼筋結(jié)合的構(gòu)件承載力和殘余承載力數(shù)據(jù)的獲取和分析。