文摘
混凝土抗压强度性能后暴露在高温对评估和修复混凝土结构很重要。提出了一个实验性的研究,以确定用于隧道衬砌混凝土的残余抗压强度后暴露在隧道火灾。两种类型的混凝土隧道衬砌段在本研究评估。使用专利耐火混凝土是构造之一(MYC)含有大量粉煤灰和nanosilica (HVFANS)。另一个混凝土隧道衬砌段构造使用含有硅灰的混凝土通常使用在当前建设,编码为程控混凝土。后钻孔核心结果表明,暴露在隧道火灾温度高达1045°C, MYC的抗压强度下降66%的设计力量。相比之下,SPC混凝土表现出抗压强度下降62%的设计力量。实验结果证实了SPC段显示残余抗压强度略低相比MYC段。然而,MYC隧道段显示高阻覆盖混凝土的剥落而SPC隧道段。因此,可以说,仅剩余强度不足以比较混凝土暴露在隧道火灾的损害; the spalling damage observation is similarly important as it is one of the important serviceability criteria for designing concrete structures.
1。介绍
大量的混凝土结构构造的世界各地,和这一数字仍在不断增加。混凝土抗压强度是主要的属性之间的机械和物理性能,这是必要的对于建筑的设计元素或确定其承载能力。在高温下,硬化混凝土的性质更复杂的混凝土的物理力学性质发生了变化,在环境温度相比。混凝土在高温下发生物理和化学修改,它们主要触发机械变化。自由水和结合水混凝土时蒸发加热大约在100 - 110摄氏度(1]。针对内部蒸汽热量条件产生的高温和水的蒸发,提高水化水泥颗粒,当温度超过300°C。随着温度的增加到400°C,氢氧化混凝土开始分解氧化钙和水(2]。随着硅酸钙水合物(C-S-H)扮演了一个重要的角色在硬度和硬化过程的效率,它就开始破碎,当它达到600°C (3- - - - - -6]。
一些研究人员研究了火灾的影响混凝土的力学特性,如抗压强度、弹性模量、抗拉强度,发现他们中的大多数机械特性与温度的增加减少火灾事件(5,7]。
在建筑领域,高强度混凝土(HSC)和高性能混凝土(HPC)是常用的,而硅灰(8,9)是一个关键的材料生产这种类型的混凝土,因为它提高了混凝土的力学特性。一些研究人员表示,nanosilica执行比硅灰在改善混凝土的抗压强度10),它的价格是相同的硅灰(11]。一些研究人员发现,nanosilica粒子增加材料的水化和有效提高火山灰活性,而不是作为一个简单的填充剂,硅酸钙水合物的结构使得它的密度和更紧凑的12,13]。这就是为什么nanosilica用于高强度或混凝土施工性能14]。
先前的研究已经表明,固化时间,所有样本包含nanosilica显示,强度大幅度提高,在高nanosilica内容显示更多的力度(15]。Nanosilica能够提高粉煤灰混凝土的强度通过加速水化的过程(13]。暴露在400°C后,所有样品的抗压强度增加了,这是nanosilica-containing标本更有效。样品被加热到这个温度时,水化过程可以增加了产生高密度硅酸钙水合物通过增加nanosilica反应性,提高强度属性。暴露在700°C会导致显著减少这些标本抗压和抗弯强度,主要是由于蒸汽压力的过度建设,导致大的裂缝。此外,在这个温度,混凝土粘贴绑定产品成为脱水导致强度降低属性。然而,包含nanosilica标本的剩余电阻增加(13,15]。这主要是由于nanosilica的填充效应和较高含量的粉煤灰标本(15]。此外,2.5%的nanosilica和52.5%的粉煤灰水泥替代能够生产耐火混凝土,可以保留94%的力量在温度高达700°C (16]。
隧道衬里可以受到严重结构性破坏甚至崩溃暴露在隧道火灾温度曲线。先前的研究表明,隧道火灾温度曲线不同于正常温度曲线(17,18]。评估postfire伤害最重要的事情是在评估隧道混凝土衬砌的结构安全(17]。王等人。17]研究了残余抗压强度(RCS)小规模衬砌混凝土衬砌结构块和内部缺陷的检测通过结合超声波脉冲速度(UPV)和超声横波断层。先前的研究在混凝土立方体和小规模板钻孔岩心测试报告的残余抗压强度的混凝土最高温度约700°C和耐火性能相比仅仅基于剩余强度(8,15,16]。Alhawat et al。18]研究了隧道衬砌段的剥落行为暴露在高温下。隧道衬砌混凝土的高温行为也研究了燕et al。19,20.通过混凝土芯样的破坏性试验。华et al。21)评估混凝土的剥落行为隧道段在高温下。他们提出了一个简化的基于剥落的混凝土保护层剥落模型在初始化完成的隧道火灾的帮助下数学和数值模型。乔et al。22,23)调查了热机的隧道衬砌的损伤行为受到修改RABT火灾荷载。他们利用残余应力准则量化隧道衬砌混凝土的剥落损伤深度。亚伯拉罕和Derobert [24]研究了混凝土的无损评价隧道(万宝龙隧道)真正的火灾事件3月26日,1999年。地质雷达和地震折射法调查。翟(25)也表现的非破坏性方法评价量化火灾后混凝土隧道衬砌的损伤。大多数这些研究确定混凝土的残余强度通过破坏性的或非破坏性方法,剥落机理、程度上剥落,剥落率下low-to-long-term火灾事件。因此,可以说,残余强度和混凝土的剥落行为是重要的评估条件的混凝土隧道衬砌后火灾事件。
EFNARC [26)提供了一个指南的被动防火测试混凝土隧道衬里基于混凝土芯样的破坏性试验。除此之外,没有建立过程或代码规定可以量化的损失和风险评估混凝土隧道受到毁灭性的火灾(20.]。火灾损失的现实评估具体的隧道,一个确定的方法将需要捕捉潜在的损害情况(27]。一些研究人员提供强调确定残余强度和其他一些强调覆盖混凝土剥落行为(17,18,20.,24,25]。然而,在现实中,这两个参数是重要的决定使用寿命后的混凝土隧道火灾事件。因此,本研究是理解这两个因素之间的关系进行评估隧道衬砌的火灾损失由两种不同类型的混凝土。
2。实验方法
2.1。材料
2.2。测试设置实现隧道火灾温度
实现隧道火灾温度来研究其对混凝土影响隧道衬里,一个创新的设计和测试设置描述Alhawat et al。18]。两个隧道衬砌环的构建,一个使用MYC和其他使用SPC。图1(一)显示了典型的隧道衬砌段安排形成隧道环和图1 (b)显示了在隧道工程环装配过程。砖墙与开放构造覆盖两隧道环提供约束作用。这有助于实现所需的隧道火灾RABT-ZTV的时间-温度曲线18]。
(一)
(b)
所有的细节测试和温度测量在前面描述的测试研究[18]。数据2(一个)和2 (b)显示测试期间的消防和最大温度峰值测量由热成像摄像机。这个测试时间温度曲线与RABT-ZTV汽车如图3。
(一)
(b)
2.3。钻井和取心的方法
火测试后,混凝土芯直径100毫米的钻在整个MYC和程控全面段的275毫米深度来确定他们的残余抗压强度。钻混凝土芯都获得根据标准程序(28,29日]。SPC和MYC段的钢筋是映射之前获得具体的核心目的防止钢筋的提取的内核中恢复过来。钻孔岩心提取和密封在塑料袋里。这些核心被运送到了实验室进行进一步的测试。核的长度是进一步调整两端约200毫米,以满足标准指南(29日,30.]。
核心钻井进行了在不同的位置取决于剥落区两种类型的混凝土隧道段,考虑到钻井位置代表受损的区域,如图4。6芯钻在本研究领域的两种类型的混凝土隧道根据标准程序(31日]。
(一)
(b)
核心样本提取的结构部分隧道使用岩心钻探设备,钻石位添加到钻桶。因为任何运动可能会导致一个被宠坏的核心在钻井过程中,钻井平台被安全地固定在混凝土段。防止剪一个扭曲的核心,钻井平台建立了垂直于表面的核心将提取。图5显示核心钻井过程中全面的隧道段,和图6显示核心样品从隧道中提取后段。
在实验室,钻孔核心视觉测试来验证他们的状态和调查条件更好的解释核心的抗压强度。所有核心标本由磨他们获得适当的长度,顺利结束,之前纵向核心轴垂直的形状测量的抗压强度29日]。
3所示。实验结果
混凝土芯测试使用这些值的测量l/D比和横截面积的符合标准的核心压缩试验(32]。合规,两端的核心是缩短到约200毫米。因此,等于½径高比;因此,没有必要应用任何因素来降低获得的价值(30.]。核心计算抗压强度峰值负载除以核心横截面积取决于平均内径(29日]。
MYC和SPC混凝土的抗压强度段之前和之后暴露在高温展示在表3。使用立方体抗压强度在加热之前获得。因此,有必要进行调整圆柱体抗压测试值(f”c)相当于立方体抗压测试值(f”铜)。因此,获得的f”铜加热后,公式f”c= 0.8f”铜使用,称为标准指南(33]。残余抗压强度的百分比计算使用以下方程:
测试结果表明,隧道火灾温度,抗压强度大大降低了这两种类型的混凝土混合。MYC隧道混凝土表现出较高的残余强度。MYC混凝土的强度降低,维持在66.04%后暴露在1000°C以上的高温,而SPC混凝土强度是暴露在隧道火灾后下降到62.46%。
因此,MYC混凝土的残余抗压强度降低,降至48 MPa,这意味着它是降低33.96%后暴露在1000°C的隧道火灾。图7显示的比较MYC和SPC混凝土之间的残余抗压强度。
这种强度的减少是由于更多的蒸汽压力和裂缝比混凝土暴露在700°C以上,影响混凝土的强度。升高温度也影响了水泥浆粘结剂。这些结果也与前一个研究员(获得的结果相比34]。这是注意到混凝土的抗压强度两种类型之间的差异并不大,虽然他们之间在剥落行为有显著差异。这种差异是由于组件MYC混凝土抗剥落和火比抗压强度和静态加载。MYC混凝土后的行为暴露在温度高达1000°C可以反映在火山灰和填料影响NS的混合物,增强混凝土的微观结构和提高硅钙水合物的内容。
图8显示了SPC的失败和MYC核心压缩试验后样品。从火中测试,可以看出,爆炸发生剥落主要在程控隧道衬砌如图9。此外,一些混凝土覆盖被烫伤,暴露了钢材增援,这大大影响隧道衬里的承载性能。然而,在这两种混凝土混合,PP纤维由于高温融化,减少孔隙压力增加的35]。剥落轮廓显示多少损害已经发生在一个特定的点,以及有多少面积已经损坏。剥落模式SPC和MYC段中描述的数据9和10。MYC的一些图案的裂缝出现在一段,但是戒指本身没有剥落的迹象显示如图9和10。程控段显示各种严重剥落模式和暴露了钢筋,削弱了结构。剥落模式是随机的和不相关的边界条件。
剥落的体积是用来计算剥落的深处。每个段的剥落面积测量和转换为百分比。段BR1、AR1 AR3、BR2和KR剥落率为45.36%,40.7%,36.84%,49.16%,和7.92%,分别在程控隧道段。AR1,另一方面,部分BR1 AR3, BR2,和基米-雷克南剥落量的1.65%,4.76%,4.88%,7.15%,和0.283%,分别在MYC隧道段。MYC段分析了开裂。然而,目视检查表明,16.56%的MYC段由于高温暴露了。
4所示。讨论
本研究的实验结果表明,碎石是完全不同的程控段和MYC段。严重的剥落发生在程控段,而没有剥落MYC段。这可能是由于硅灰的存在减少了渗透率的程控,从而增加了蒸汽压力在发生火灾导致更多的剥落。然而,设计优势MYC和SPC是相同的。暴露于火后的残余力量几乎是相同的在隧道环上的不同位置。因此,很难判断火灾暴露混凝土隧道的健康只有基于设计和混凝土的残余力量。
混凝土结构,满足可服务性需求一样必要满足强度要求。虽然历史事件很少观察到隧道失败由于火灾事件21,36观察],严重损害的剥落等事件。因此,使用可靠性要求的混凝土剥落是一个重要的标准评估混凝土隧道的健康。描述混凝土剥落的时间也是很重要的理解开始剥落的降解速度隧道混凝土在火灾事件。华et al。21]提到剥落通常开始当隧道衬砌内的气体温度达到温度开始剥落。然而,剥落MYC和SPC段起始时间不能够确定在本研究隧道从两端如图被关闭2。此外,剥落深度一起剥落的面积起着至关重要的作用,了解隧道衬砌的损伤深度(36]。这也有助于理解在隧道衬砌加强钢的情况。
5。结论
本研究的主要目的是评估的健康暴露在隧道火灾后混凝土隧道衬砌。基于实验结果,是得出以下结论:(我)研究结果显示,暴露于高温后,MYC隧道衬砌混凝土的抗压强度降至设计强度的66.04%,而传统的混凝土对当前施工的隧道混凝土(SPC)下降到62.46%的设计力量。(2)也观察到程控段是严重的剥落,钢筋也暴露在大多数的抢断段可能削弱了隧道结构。然而,MYC段只显示图案表面开裂,尽管这两种类型的混凝土的残余力量几乎是相同的在暴露于火的标准。
这得出结论,确定不同类型的隧道衬砌混凝土的性能与不同材料组件钻核心是不够了解火灾后混凝土隧道的健康。剥落行为包括剥落的剥落率和深度也很重要来评估隧道衬砌的健康。一个特定的混合料配合比设计可能产生好的混凝土的残余强度;然而,表面剥落可能引起严重的伤害导致的可服务性需求未能满足隧道结构。因此,本研究得出结论:残余强度的混凝土剥落行为应该评估评估fire-exposed混凝土隧道衬砌的状况。
数据可用性
在这项研究中使用的数据集是可以从作者要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者承认高等教育的财务贡献的项目号。浸- 2019 - 002和PRGS / 2/2015 / TK08 / UKM / 02/1。作者也承认金融、技术和专业知识的贡献UKM行业和政府机构的合作者(Sdn程控产业。有限公司和消防和救援部门、马来西亚)。