浅议持续高温对混凝土构件的影响

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅议持续高温对混凝土构件的影响 摘要：本文根据实际案例分析， 分析了持续高温对混凝土构件的影响以 及混凝土构件被破坏的机理，提出对高 温环境下的混凝土构件保护的具体措施。 中国论文网 /2/view-12900363.htm 关键词：高温混凝土构件破坏 机制防治 TU756 一、案例说明 1、鉴定起因 江苏江淮动力股份有限公司气缸 盖厂飞轮铸造冲天炉厂房屋面梁、板出 现露筋、钢筋锈蚀、局部板脱落等现象 后，该公司申请我中心进行房屋安全鉴 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 定。 2、房屋概况 江苏江淮动力股份有限公司气缸 盖厂飞轮铸造冲天炉厂房，建于 1995 年，为二层框架结构，框架主梁截面尺 寸为 3501200mm、次梁截面尺寸为 250500mm，钢筋砼现浇板楼、屋盖， 钢筋砼现浇楼面、屋面板厚度均为 100mm，板内配有间距为 100mm，直 径为 10mm 的光圆钢筋网片，梁、板为 同期浇注，刚性防水平屋面。建筑面积 约为 240m2。该厂房无正规设计、监理 及质量监督。厂房屋面结构层梁、柱相 对位置关系示意图详见下图： 3、现场情况调查 江苏江淮动力股份有限公司气缸 盖厂飞轮铸造冲天炉自 1995 年投入使 用至今，每月除一日停炉检修、维护以 外，其余均在生产运营中。冲天炉上部 炉口距屋面板及洞口边梁距离为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1500mm，屋面板及洞口边梁长期处于 温度在 300350的火焰熏烧，并承受 约 22.5t 的炉重。 4、现场检测 a、4 5EF 轴屋面现浇板板 底混凝土酥裂严重，露筋达 90以上， 其中板跨中部变形、损坏尤其严重，局 部结构已脱落。 b、冲天炉洞口周边边梁梁芯砼 酥裂，纵向主筋锈蚀、膨胀严重，结构 构件已丧失承载能力。 c、3 5DE 轴屋面现浇板底 混凝土酥裂、剥落严重，露筋达 60以 上，钢筋截面尺寸因锈蚀而大面积削弱， 最薄处约 2.2mm，部分板底钢筋已锈蚀 断裂，变形、损坏程度板跨中部大于其 余部位。 d、E45 轴梁砼表面呈灰黄色， 梁体砼酥裂严重，纵向主筋锈蚀、膨胀 严重，结构构件已基本丧失承载能力； D4 5 轴梁体侧面在箍筋位置裂有多 条竖向缝，其中一条缝宽为 0.24mm。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 e、C45 轴、B45 轴、 B34 轴、C34 轴梁侧均裂有斜缝， 裂缝部位均集中在距主梁 500mm 范围 处，裂缝形式为倒八字形，裂缝宽度在 0.05mm 0.16mm 之间。 、靠近冲天炉的屋面现浇板板 底出现不同程度的保护层剥落、露筋、 钢筋锈蚀等现象，且该现象以冲天炉屋 面洞口为核心，呈星形辐射状分布。经 检测，板保护层厚度在 810mm 之间， 梁、板砼碳化深度均大于 6mm。 二、持续高温下混凝土构件损坏 机理分析 1、热传导系数、热膨胀系数、 热容及质量密度等因数是影响持续高温 下混凝土构件力学性能的主要因素，其 中热容及质量密度相对热传导系数、热 膨胀系数来说，其重要性相对较弱，如 对质量密度，由于混凝土构件在加温过 程中水分的蒸发，混凝土的质量密度在 受热过程中有所降低。但总的来说所占 比例较小，在实际计算时，都把混凝土 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 的质量密度看作常数，而有些文献则把 热容和质量密度合在一起考虑。在此， 我们重点分析热传导系数和热膨胀系数 对混凝土构件性能的影响。 a、热传导系数 热传导系数是指单位温度梯度下， 通过单位面积等温度的热流速度，单位 为 W/（m OC） 。混凝土构件热传导 系数主要受骨料种类、含水量、混凝土 配合比等因数的影响。将本案例中温度 T=300代入混凝土和钢筋热传导系数 公式中进行计算： 0=a+bT/120+c(T/120)20 OCT1200 OC =-0.0329T+54.7 求得混凝土构件热传导系数 0=1.43W/（m OC） 钢筋热传导系数 =37.13W/（m OC） b、热膨胀系数 热膨胀系数是指温度升高 1 度时 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 物体单位长度的伸长量，单位为 1/ OC。将本案例中温度 T=300代入混 凝土和钢筋热膨胀系数公式中进行计算: 0=a10-4+bT10-6+cT210- 1120 OCT800 OC s=1.510-5T 求得混凝土构件热膨胀系数 0=2.5210-3/OC 钢筋热膨胀系数s=4.510-3/OC 由以上所求得的结果可知，在相 同的温度条件下，混凝土与钢筋的热传 导系数、热膨胀系数均相差较大。不同 的热传导系数和热膨胀系数降低了混凝 土与钢筋的粘结强度，对构件的裂缝、 变形和承载能力造成影响。 2、高温下钢筋混凝土抗压强度 及抗拉强度降低的机理是：随温度的不 断升高，水分蒸发形成空隙，水泥水化 生成的氢氧化钙脱水，体积膨胀促使裂 缝扩展，骨料和砂浆的膨胀系数不等， 产生较大的内应力，加上未水化的水泥 颗粒和骨料中的石英成分形成晶体，内 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 部骨料形成裂缝等原因，使强度下降。 由于升温过程中水分的蒸发，内部微裂 缝的形成，高温下混凝土的抗拉强度比 抗压强度损失要大。 钢筋砼构件损坏（失效）的基本 过程为在持续高温（热传导系数、热膨 胀系数等因数）及有害气体影响下钢 筋混凝土构件出现变形和裂缝钢筋锈 蚀膨胀裂缝扩展钢筋锈蚀程度加重， 有效截面削弱过大，承载力显著下降 最终构件失效、破坏。并且构件受热面 的一侧材料膨胀变形大，而非受热面一 侧材料的膨胀变形小，这种不均匀膨胀 变形加速了承载力下降速度。在本案例 中，因现浇板钢筋保护层厚度不足，进 一步加快了钢筋的锈蚀速度。 本案例现场检测中构件损坏程度， 裂缝形式、钢筋锈蚀情况基本以冲天炉 屋面洞口（热源）为核心，呈环形放射 状分布，随距离增加，损坏程度逐步减 弱，该现象与理论计算分析基本相符。 三、防治与处理 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 根据对厂房现场的检查及检测， 采用相应的计算软件对不符合安全使用 要求的砼构件进行加固处理计算，具体 处理措施如下所示： 1、原 35EF 轴天棚板拆除 后重新现浇。 2、原 35EF 轴冲天炉洞口 南北两侧次梁拆除后重新现浇。 3、35EF 轴天棚板板底沿 板短方向粘贴 200g 宽 100500mm 碳 纤维进行加固处理。 4、35B 轴、35C 轴梁采 用底部粘贴一层 200g 宽 250mm 碳纤维 进行加固处理。 5、35D 轴梁采用底部粘贴二 层 200g 宽 250mm 碳纤维进行加固处理。 6、35F 轴梁采用底部粘贴二 层 200g 宽 250mm 碳纤维、侧面采用粘 贴 U 型 200g 宽 100300mm 碳纤维进 行加固处理。 7、3AF 轴、4AF 轴、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 5A F 轴梁均采用增大截面法后再粘 贴碳纤维进行加固处理。 8、砼构件均在表面涂刷防火、 耐高温涂料。 三、结论与启示 1、根据相关文献，构件在短时 高温（火灾）550800作用下，混凝 土颜色为以灰白色为主呈浅黄色，而根 据我们现场所检查到的温度在 300350持续高温作用下混凝土颜色 也以灰白色为主呈浅黄色，即在相对较 低温度持续影响下与短时高温 （550800）影响下混凝土表面颜色 基本相似。 2、高温下的受弯构件，除了承 受正常荷载引起的弯距之外，还有一个 温度产生的附加弯距，这两者的共同作 用使受弯构件承受弯距的能力大为降