為了解火災(zāi)后聚丙烯醇纖維混凝土性能衰減情況，本文對聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土進(jìn)行了高溫試驗(yàn)，探討聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度）隨溫度的變化規(guī)律及其抗爆裂性能，為正確地分析評估混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后承載能力和損傷程度，改善高強(qiáng)混凝土的抗爆裂能力等提供參考依據(jù)。

1   試驗(yàn)概況

1.1  原材料

水泥：42.5普通硅酸鹽水泥；石子：粒徑為10~20mm，連續(xù)級配；砂：中砂，連續(xù)級配；聚丙烯纖維：長度19mm，摻量為0.9kg/m³。混凝土強(qiáng)度等級為C60。

1.2  試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用100mm×100mm×100mm立方體混凝土試件和100mm×100mm×400mm棱柱體混凝土試件。試驗(yàn)升溫設(shè)備為箱式電阻爐，最大升溫速率為10℃/min。本試驗(yàn)以溫度為變化參數(shù)，分別為200℃、300℃、400℃、600℃、800℃。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度后，恒溫1.5h，然后自然冷卻至常溫，再進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3　試驗(yàn)現(xiàn)象

隨著高溫爐溫度的升高，可以明顯看到大量水蒸氣從高溫爐中排出。對于素高強(qiáng)混凝土，在400℃前沒有發(fā)生爆裂現(xiàn)象，繼續(xù)提高溫度至440℃左右，高溫爐內(nèi)發(fā)出第一次爆炸聲，之后隨溫度升高，爐內(nèi)不時(shí)傳出爆裂聲，至600℃時(shí)，恒溫后打開高溫爐，素高強(qiáng)混凝土立方體試塊爆裂5塊，抗折試件全部爆裂，爆裂溫度集中在440℃~512℃左右，而聚丙烯纖維混凝土試件全部完好。在進(jìn)行加熱至最高溫度為800℃的過程中，爆裂溫度集中在481℃~660℃左右，恒溫后打開爐膛，素高強(qiáng)混凝土試件全部爆裂，爆裂部分呈碎塊狀，聚丙烯纖維混凝土試件仍然基本完好。 

2  試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)測試了高溫后聚丙烯醇纖維高強(qiáng)混凝土和素高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度,主要研究上述強(qiáng)度指標(biāo)隨溫度的變化規(guī)律。

2.1  抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)測得聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土與素高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度與溫度的關(guān)系如圖１所示（其中聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土用PP表示，素高強(qiáng)混凝土用C表示）。可以看出，在溫度達(dá)到400℃以前，聚丙烯纖維混凝土抗壓強(qiáng)度與素混凝土抗壓強(qiáng)度隨溫度的變化規(guī)律相似，都隨溫度變化的影響不大。400℃以后，聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土和素高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度隨溫度升高都明顯下降，且降低幅度接近。溫度達(dá)到600℃時(shí)，聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度是常溫時(shí)的74%，素高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度是常溫時(shí)的83%。溫度至800℃時(shí)，聚丙烯纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度降至常溫時(shí)抗壓強(qiáng)度的45%左右，而此時(shí)素高強(qiáng)混凝土抗壓試件已經(jīng)爆裂。

2.2  抗拉強(qiáng)度

試驗(yàn)測得的聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土與素高強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度與溫度的關(guān)系如下圖２所示。圖２表明，隨著溫度的升高，聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土和素高強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度均線性下降，聚丙烯纖維混凝土的下降幅度稍顯平緩。當(dāng)溫度升高到200℃、300℃、400℃、和600℃時(shí)，聚丙烯纖維混凝土對應(yīng)的抗拉強(qiáng)度分別為常溫時(shí)的89%、79%、70%和40%，素混凝土對應(yīng)的抗拉強(qiáng)度分別為常溫時(shí)的76%、73%、65%和33%。當(dāng)溫度到達(dá)800℃時(shí)，聚丙烯纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度急劇下降，為常溫時(shí)抗拉強(qiáng)度的21%，而此時(shí)素高強(qiáng)混凝土抗拉試件已經(jīng)爆裂。由此可見，聚丙烯纖維混凝土和素混凝土的抗拉強(qiáng)度從溫度達(dá)到400℃開始劇烈下降。與素混凝土相比，在各對應(yīng)的溫度下，聚丙烯纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度都比素高強(qiáng)混凝土稍有提高。 

2.3  抗折強(qiáng)度

試驗(yàn)測得的聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土與素高強(qiáng)混凝土的抗折強(qiáng)度與溫度的關(guān)系如下圖３所示。由圖３可見，溫度變化時(shí)，抗折強(qiáng)度有所變化。隨著溫度的升高，聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土和素高強(qiáng)混凝土的抗折強(qiáng)度都呈下降趨勢，聚丙烯纖維混凝土的下降幅度稍顯平緩。當(dāng)溫度升高到200℃、300℃和400℃，聚丙烯纖維混凝土對應(yīng)的抗折強(qiáng)度分別為常溫時(shí)的104%、79%和68%，素混凝土對應(yīng)的抗折強(qiáng)度分別為常溫時(shí)的102%、92%和85%。當(dāng)溫度到達(dá)600℃時(shí)，聚丙烯纖維混凝土的抗折強(qiáng)度急劇下降，為常溫時(shí)抗折強(qiáng)度的36%，而此時(shí)素高強(qiáng)混凝土抗折試件已經(jīng)爆裂。由此可見，溫度在400℃以前，聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土和素高強(qiáng)混凝土的抗折強(qiáng)度降低幅度較小。當(dāng)溫度超過400℃以后，素高強(qiáng)混凝土抗折試件爆裂，聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土的抗折強(qiáng)度明顯下降。

3  抗爆裂性能

混凝土的爆裂是指混凝土試件在高溫作用下，達(dá)到一定溫度時(shí)，表面混凝土突然發(fā)生剝落、崩出的現(xiàn)象。該現(xiàn)象發(fā)生時(shí)沒有任何預(yù)兆。究其原因，主要是高溫時(shí)混凝土內(nèi)部的游離水蒸發(fā)及化合水分解，導(dǎo)致高溫時(shí)某一區(qū)域的混凝土強(qiáng)度降低，產(chǎn)生裂縫，在較高的蒸氣壓力作用下崩解。混凝土強(qiáng)度越高，爆裂現(xiàn)象更容易發(fā)生。本試驗(yàn)中的素高強(qiáng)混凝土從400℃開始出現(xiàn)混凝土炸裂的響聲，溫度達(dá)到600℃以后，素高強(qiáng)混凝土幾乎完全爆裂。這種高溫爆裂是一種災(zāi)難性破壞，其特征是伴隨著劇烈的爆炸聲，混凝土材料在一瞬間裂成大小不一的碎塊，但爆裂前卻沒有明顯的先兆。這主要是由于高強(qiáng)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較密實(shí)，孔隙率較低，導(dǎo)熱性能變差，蒸發(fā)通道不暢，水蒸氣較難逸出，蒸汽壓力較大，當(dāng)超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，孔隙壓力和熱應(yīng)力共同作用使裂縫貫通，就產(chǎn)生了突發(fā)性的爆裂現(xiàn)象，從而發(fā)生爆炸性破壞。

在高強(qiáng)混凝土中加入聚丙烯纖維后，本試驗(yàn)中所有聚丙烯纖維高強(qiáng)混凝土試件直至800℃高溫時(shí)，仍然沒有爆裂現(xiàn)象發(fā)生。試驗(yàn)使用的聚丙烯纖維熔點(diǎn)為160℃左右，當(dāng)溫度達(dá)到聚丙烯纖維的熔點(diǎn)溫度時(shí)，混凝土還處于游離水蒸發(fā)階段，內(nèi)部壓力較小。當(dāng)聚丙烯纖維熔化后，其液態(tài)體積小于固態(tài)所占空間，于是形成眾多小孔隙，并由于聚丙烯纖維分散的均勻性及纖維細(xì)小而數(shù)量又多，使得混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，孔隙的連通性加強(qiáng)，為混凝土內(nèi)部水分的分解蒸發(fā)提供了通道，緩解了由于水分膨脹所形成的壓力，從而降低了爆裂的可能性。