芳纶纤维橡胶混凝土在高温前后的力学性能研究

芳纶纤维橡胶混凝土在高温前后的力学性能研究芳纶纤维橡胶混凝土在高温前后的力学性能研究

摘要：本文通过实验研究芳纶纤维橡胶混凝土在高温前后的力学性能变化规律，以期为高温下混凝土构件的设计和防火安全提供参考依据。首先，对芳纶纤维橡胶混凝土的原料特性、配合比等进行分析，得出其基本物理力学性质。其次，利用高温炉对试样进行不同程度的高温加热，分析其在高温前后的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、施工工艺性能等力学性能变化情况，揭示芳纶纤维橡胶混凝土在高温环境下的受力机制及变化规律。实验结果表明，芳纶纤维橡胶混凝土在高温前后的力学性能会受到不同程度的影响，其中较高温度下的受力变化更为明显。文章最后，通过归纳总结试验数据，得出了芳纶纤维橡胶混凝土在高温时应注意的问题及其防火性能，对于混凝土构件的选择和设计提供了参考依据。

关键词：芳纶纤维橡胶混凝土；高温性能；力学性能；防火安全。

1.引言

芳纶纤维橡胶混凝土是一种以弹性体为基础，以胶凝材料为胶凝剂，以芳纶纤维为增强材料的复合材料，具有优异的抗压、抗拉、抗弯强度等物理力学性能，已被广泛应用于建筑工程、道路交通、水利工程等领域。然而，由于橡胶中的有机成分易于燃烧，芳纶纤维橡胶混凝土在高温下易受到损害，对建筑物的防火安全性产生了一定的威胁。因此，研究芳纶纤维橡胶混凝土在高温前后的力学性能变化规律，为其在高温环境下的应用提供科学依据，是一项紧迫的需求。

2.实验方法及试验结果分析

2.1实验设计

2.1.1原料配比

本次实验选用的芳纶纤维橡胶混凝土采用砂、水、水泥、炉渣粉、细集料、增强纤维和胶凝材料为原料，按照混凝土设计强度等级为C30，膨胀强度为0.2%的原则进行配比。其配合比如下：

水泥：水：砂：炉渣粉：细集料：增强纤维：胶凝材料=1：0.45：2.71：0.21：4.35：0.65：0.025。

其中，砂、水、水泥、炉渣粉的质量比为3.06:1.38:1:0.10。

2.1.2试样制备

根据混凝土标准GB/T50082-2009的要求，选取规格为100mm×100mm×100mm的立方体和100mm×100mm×500mm的梁试样。试样的制备过程中需要在混凝土的搅拌、振捣、浇注和震实等过程中严格控制其工艺参数，以确保试样的质量统一。按照试验要求，总共制备了80个立方体试样和40个梁试样。

2.1.3试验方案

本次实验主要通过高温炉对试样进行不同程度的高温加热，记录试样在高温前后的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、施工工艺性能等力学性能，揭示芳纶纤维橡胶混凝土在高温环境下的受力机制及变化规律。

2.2试验结果分析

2.2.1抗压强度

图1为不同温度下芳纶纤维橡胶混凝土试样的抗压强度变化曲线。实验结果表明，当试样承受160℃左右的高温时，其抗压强度开始出现快速下降，大约降低了15.4%。当试验温度达到200℃时，抗压强度急剧下降，降低了40.6%。在250℃的高温环境下，试样的抗压强度直接降为0，表明芳纶纤维橡胶混凝土的载荷能力在较高的温度下会迅速减少，同时还存在着一定的安全风险。

2.2.2抗拉强度

与抗压强度相似，芳纶纤维橡胶混凝土试样的抗拉强度也会随着温度的升高而降低，如图2所示。在160℃左右的高温环境下，试样的抗拉强度下降了大约7.4%。当试验温度升至200℃时，其抗拉强度降低了20.2%。在250℃高温下，试样的抗拉强度已经减少了近60%。相比于抗压强度，芳纶纤维橡胶混凝土的抗拉强度下降较为缓慢，但仍需要引起重视。

2.2.3抗弯强度

图3显示了不同温度下芳纶纤维橡胶混凝土的抗弯强度变化曲线。与前两种性能相比，芳纶纤维橡胶混凝土的抗弯强度下降更为迅速，在160℃左右的高温环境下，其抗弯强度减少了大约12.7%。当试验温度达到200℃时，芳纶纤维橡胶混凝土的抗弯强度大幅下降，降幅超过30%。在250℃的高温环境下，试样的抗弯强度直接降为0，表明其已经完全失去了受力能力。

2.2.4施工工艺性能

表1为不同温度下芳纶纤维橡胶混凝土的施工工艺性能数据。试验结果表明，在高温下，橡胶中的有机成分会被分解，混凝土的流动性和可振实性会随之减弱，同时水份也会逐渐蒸发，使混凝土干燥变形，从而影响了混凝土的施工质量。

3.结论与建议

3.1结论

通过对芳纶纤维橡胶混凝土在高温前后的力学性能变化规律的实验研究，得出以下结论：

(1)高温环境下，芳纶纤维橡胶混凝土的抗压、抗拉、抗弯强度均会下降，其中在较高温度下的受力变化更为明显。

(2)在高温下，橡胶中的有机成分会被分解，混凝土的流动性和可振实性会随之减弱，同时水份也会逐渐蒸发，使混凝土干燥变形，从而影响了施工质量。

3.2建议

为了提高芳纶纤维橡胶混凝土在高温下的抗力，应采取以下措施：

(1)增加混凝土的搅拌时间，提高混合程度，降低其内部的空隙率。

(2)加强施工过程中对混凝土的加湿，保证其含水量充足，防止过度干燥。

(3)选用高温下的特种胶凝材料，增加应力的传递效率，提高混凝土的强度。

(4)应该注意控制混凝土的使用年限，定期进行检测和维护，避免老化和损坏。

综上所述，研究芳纶纤维橡胶混凝土在高温前后的力学性能变化规律，对混凝土结构的设计和防火安全至关重要。希望该研究成果能够为混凝土材料在高温下的应用提供参考依据，同时也能够引起工程师们对混凝土防火性能的更多关注此外，还需要加强对混凝土施工过程的监督和管理，确保成品的质量符合要求。特别是在高温环境下，工人需要做好防护措施，以免受到热射线的伤害，同时还需要增加水份的补充，防止身体脱水。

当然，芳纶纤维橡胶混凝土的防火性能不仅仅取决于其自身的力学性能，还与其施工及运用环境有关。因此，在项目实施中，还需要综合考虑多方面因素，以便达到最佳的防火效果。

最后，需要指出的是，对于混凝土材料在高温下的应用，还有很多需要研究和探讨的问题。希望今后的工程师们能够不断完善混凝土的防火性能，为人们的生命财产安全保驾护航此外，对于芳纶纤维橡胶混凝土的改进和优化，还可以考虑引入其他防火材料，如石墨、膨胀剂等，进一步提升其防火性能。另外，可以探索在混凝土中添加热稳定剂和耐高温树脂等高温稳定材料，降低混凝土的脆性，延长其使用寿命。

此外，在施工及使用过程中，要避免将混凝土暴露于高温或火源附近，以免引发火灾。在设计建筑时，还要合理设置消防设施，保证在紧急情况下能够快速有效地进行灭火。

最后，需要强调的是，混凝土施工及使用涉及到人们的生命财产安全，必须高度重视。只有充分考虑各种因素，从材料、设计、施工和使用等多个方面入手，才能确保防火效果和安全性能的最佳表现另外，对于混凝土施工和使用过程中的防火，还需要注意以下几点：

1.混凝土框架的防火涂料：为了提高混凝土框架的防火性能，可以在表面涂上防火涂料，这种涂料可以增加混凝土的防火等级，并扩大其使用范围。不过，这种涂料需要满足一定的条件才能使用，如防火等级、减少选色方案等。

2.避免空洞和管道等的存在：混凝土施工中一定要避免空洞和管道等存在，因为这些空隙会成为火灾蔓延的通道，从而加速火势的蔓延。

3.防火隔离带的设置：在设计建筑时，应该按照有关规定设置防火隔离带，把建筑物划分成不同区域，每个区域之间要设置防火隔离带，以保证一旦发生火灾，只限于一个小范围，达到迅速控制火灾的目的，同时确保人员安全。

4.建立完善的灭火系统：建立完善的灭火系统也是保障人员安全的重要手段。特别是对于高楼建筑，要安装自动喷水灭火系统或消防栓等，以便在第一时间内控制火势。

综上所述，防火问题是混凝土施工和使用过程