高強(qiáng)混凝土剪力墻抗火性能試驗(yàn)研究

張誠(chéng)思

中鐵四局集團(tuán)有限公司 天津 300000

【摘 要】高性能混凝土剪力墻單面受火后抗震性能有所降低，摻入聚丙烯纖維能增加混凝土剪力墻受火后的耗能能力。目前，針對(duì)高強(qiáng)混凝土剪力墻高溫性能的研究較少，為推廣高強(qiáng)混凝土剪力墻的安全應(yīng)用，需對(duì)其高溫性能進(jìn)行深入研究。鑒于此，本文對(duì)高強(qiáng)混凝土剪力墻抗火性能的試驗(yàn)進(jìn)行了分析探討。

【關(guān)鍵詞】高強(qiáng)混凝土；再生混凝土；防火

一、試驗(yàn)概況

1、試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)中，共設(shè)計(jì)了4榀剪力墻試件，編號(hào)為W1～W4，其中試件W1、W2、W3為C90全現(xiàn)澆高強(qiáng)混凝土剪力墻，墻厚120 mm，水平分布筋及縱向分布筋均為8@100，拉筋為8@300；試件W4為疊合板式剪力墻，中間層為C90現(xiàn)澆高強(qiáng)混凝土，墻厚及配筋與試件W2、W3相同，兩側(cè)的墻板為C40再生混凝土預(yù)制板，將其作為防火犧牲層，預(yù)制板與內(nèi)部墻通過(guò)格構(gòu)鋼筋（圖1b）連接，保證協(xié)同工作；試件W2、W3、W4為單面受火，試驗(yàn)時(shí)控制升溫時(shí)間不同。試件W1未經(jīng)歷高溫，為后期試件W2～W4高溫后殘余受剪承載力對(duì)比試件。所有試件外形尺寸，除墻體厚度外均相同。試件的兩端設(shè)置截面尺寸120 mm×200 mm的暗柱，暗柱縱筋為6 22，箍筋為8@100，鋼筋保護(hù)層厚度為15 mm。試件W4幾何尺寸及構(gòu)造見(jiàn)圖1。

圖1 試件w4幾何尺寸及構(gòu)造

C90高強(qiáng)混凝土材料質(zhì)量配合比為mR52.5水泥∶m磨細(xì)礦渣∶m微硅粉∶m水∶m砂∶m石子∶m減水劑=406∶145∶29∶142.4∶654.6∶1 114.6∶4.26。C40再生混凝土，其中再生粗骨料取代率為100%，材料質(zhì)量配合比為mR42.5水泥∶m砂∶m再生粗骨料∶m水∶m減水劑=430∶700∶950∶223∶2.22。養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度平均值，C40為49.7 MPa，C90為94.6 MPa。

2、試驗(yàn)裝置

高溫試驗(yàn)在同濟(jì)大學(xué)工程結(jié)構(gòu)抗火實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)加載裝置如圖2所示，將試件放置在試驗(yàn)爐門處。為隔離高溫對(duì)剪力墻2個(gè)側(cè)面以及頂梁與底座的影響，將2個(gè)側(cè)面以及頂梁與底座的爐內(nèi)部分用防火石棉包覆。在試件與爐膛間的空隙部分砌筑防火磚并用防火石棉填塞縫隙，以模擬單面受火的情況。由于試驗(yàn)條件有限，在試件頂部未施加豎向荷載和外部約束。

3、升溫及降溫

采用煤氣燃燒升溫，溫度由室溫（3次高溫試驗(yàn)時(shí)室溫均為12℃）開(kāi)始，按照ISO 834標(biāo)準(zhǔn)曲線升溫，達(dá)到預(yù)定受火時(shí)間后熄火。試件W2、W3、W4的受火時(shí)間分別為45、90、135 min。熄火后，先使用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，使?fàn)t溫迅速下降到300℃左右，然后自然冷卻。

二、試驗(yàn)現(xiàn)象

1、爆裂

高強(qiáng)混凝土在高溫作用下容易發(fā)生爆裂，具體表現(xiàn)為受熱表層發(fā)生爆炸性塊體脫落。高溫試驗(yàn)中，試件W2、W3的迎火面均發(fā)生了較嚴(yán)重的爆裂；熄火降溫后，試件W2與試件W3的迎火面均出現(xiàn)了大面積的混凝土剝落及鋼筋暴露現(xiàn)象。試件的爆裂情況見(jiàn)表2及圖7，從表2和圖7中可以看出，試件W4在爆裂持時(shí)、爆裂次數(shù)、爆裂面積、最大爆裂深度、爆裂體積方面均遠(yuǎn)小于試件W2和試件W3。這是因?yàn)樵偕炷涟逖泳徚藷崃肯騼?nèi)的傳遞，使得高強(qiáng)混凝土部分溫度上升較慢，水分氣化較慢且有足夠時(shí)間排出；同時(shí)預(yù)制板對(duì)內(nèi)部墻有約束作用，可以減少爆裂的發(fā)生。因此，采用C40再生混凝土剪力墻疊合形式對(duì)減輕高強(qiáng)混凝土剪力墻的爆裂程度效果明顯。

2、裂縫

試件W2和試件W3背火面的裂縫分布如圖8所示，可以看出，背火面裂縫基本沿豎向或橫向分布，個(gè)別裂縫呈斜向分布。通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，試件背火面的豎向裂縫沿縱向分布筋的方向分布，橫向裂縫沿水平分布筋的方向分布。試件W3背火面的裂縫多于試件W2，而且裂縫寬度明顯大于試件W2，前者可見(jiàn)宏觀裂縫，而后者較隱蔽、不易分辨。通過(guò)對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)：受火時(shí)間對(duì)背火面裂縫的分布形態(tài)沒(méi)有明顯影響，但隨著受火時(shí)間的增加，背火面裂縫的數(shù)量和寬度均有增大的趨勢(shì)。試件W4的背火面沒(méi)有觀測(cè)到肉眼可見(jiàn)的裂縫。

注：圖中數(shù)據(jù)代表爆裂深度（單位：mm）

圖7 試件爆裂情況

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)澆C90高強(qiáng)混凝土剪力墻在標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用下會(huì)發(fā)生嚴(yán)重爆裂現(xiàn)象。隨著受火時(shí)間的增加，背7 9火面裂縫的數(shù)量和寬度均有增大的趨勢(shì)。剪力墻在受火時(shí)內(nèi)部存在很大的溫度梯度；隨著與迎火面距離的增加，最高溫度的出現(xiàn)時(shí)間逐漸推遲。

參考文獻(xiàn)：

[1]武學(xué)超.高強(qiáng)混凝土內(nèi)置鋼板剪力墻的抗震性能研究[D].華南理工大學(xué)，2014.