摘要：针对高性能混凝土的防火、抗爆裂性能低的特点，采用低熔点（聚丙烯纤维）及高熔点纤维（钢纤维）混杂的方法，对高性能混凝土高温性能（抗折强度、抗压强度及劈裂抗拉强度，抗爆裂性能）进行改善。研究表明，800℃ 时，混杂纤维混凝土的抗折强度剩余率约15% ，明显高于基准混凝土的抗折强度剩余率（约6%）；抗压强度剩余率约15%，与基准混凝土的强度剩余率相当（约15%）；劈裂抗拉强度剩余率约20% ，明显高于基准混凝土的抗折强度剩余率（约10%）。另外混杂纤维明显提高了混凝土的抗爆裂性能，同时分析了混杂纤维改善高性能混凝土高温性能的作用机理。
关键词： 昆杂纤维；高性能混凝土；高温性能；抗爆裂性
20世纪70年代，很多学者对普通混凝土高温性能的研究表明，混凝土结构在火灾受热过程中可能发生毁坏性爆裂，对于脆性和密度更大、渗透性更低的一般高强高性能混凝土，爆裂更易产生，导致材料强度损失甚至构件坍塌，而且压应力越大，这种破坏越严重，日本最近的研究表明，在混凝土内掺人一定量聚丙烯纤维可以起到防爆作用，欧洲一些学者的试验也证明了这点。基于这些研究成果，笔者采用低熔点（聚丙烯纤维）及高熔点纤维（钢纤维）混杂，从增强混凝土高温力学性能及防爆裂方面进行了研究。同时分析了混杂纤维改善高性能混凝土高温力学性能及抗爆裂性能的作用机理。
1 试验原材料与试验方法
1.1 试验原材料
1.1.1 水泥
试验中采用浙江三狮42.5级普通硅酸盐水泥，其物理性能指标列于表1。
1.1.2 粉煤灰
试验中采用粉煤灰为汇能II型复合粉煤灰，其物理力学性能指标见表2。
1.1.3 粗骨料
玄武岩碎石，粗骨料为5～20 mm连续级配碎石。
1.1.4 细骨料
福建闽江砂，中砂，细度模数为2.7，密度为2.65 g。cm3。
1.1.5 减水剂
试验采用GraceS20高效减水剂，减水率大于20% 。
1.1.6 钢纤维
Harex钢丝钢纤维：l=30mm，d=0.60 mrn，l／d=50（端钩型）。
1.1.7 聚丙烯纤维
本试验采用长坚聚丙烯纤维，其技术指标见表3。
本试验研究用各高性能混凝土配合比lf}计见表4。
1.2 试验方法
试件尺寸：150 mrn×150mrn×150 mm（抗压强度、破裂抗拉强度）；150 mm×150 mm×550 mm（抗折强度）。
试件成型后，经过24 h室温下养护脱模，然后在标准养护室中养护至60 d，再在常温下放置1 d后进行高温试验。高温试验所用电炉的升温曲线如图1所示。本电炉的最高温度可达1 100℃ ，炉膛温度可自动控制，达到指定温度后恒温2 h。采用正常升温方式，即把混凝土从初始温度直接升到目标温度（本文规定的目标温度为400，800，1 000℃）。冷却方式采用炉内自然冷却。掺混杂纤维混凝土抗爆裂陛能影响试验温度为800℃和1 000℃。
2 试验结果分析
2.1 混杂纤维对高温下混凝土抗折强度的影响
从图2可知，同配比的HF，PF，HPF的抗折强度较JF的高，在200℃前JF的抗折强度随温度升高而降低的速度比HF，PF，HPF的慢，PF抗折强度降低的速度最快。在200～400℃范围内，JF的抗折强度随温度升高而降低的速度比HF，PF，HPF的快。混凝土达到800℃高温时，JF与HF，PF的抗折强度相差不多，剩余抗折强度约为常温混凝土抗折强度的6%左右，而HPF的抗折强度剩余率约为15%，之所以出现上述现象，是因为聚丙烯纤维的熔点为165℃ ，随着温度超过熔点，纤维将会挥发逸出，则聚丙烯纤维对抗折强度所起的作用将消失，特别是纤维挥发会在混凝土中引入一定数量的孔道，因此对混凝土的抗折强度不利。在200-400℃范围内，混凝土由于受到高温的作用，内部蒸汽压急剧增加，基准混凝土（JF）中由于没有纤维挥发时形成的孔道，所以抗折强度急剧降低。到温度升高到一定程度时，纤维挥发殆尽，导致HF，PF，HPF与JF的抗折强度随温度的变化趋同。
2。2 混杂纤维对高温下混凝土抗压强度的影响
从图3可以看出，jF，PF常温下的抗压强度相差不大，HF， F的抗压强度高于JF，约为15%左右。随着温度升高，JF，PF。HF， F抗压强度的变化趋势相同，而且抗压强度降低的速度也相差不大。
2。3 混杂纤维对高温下混凝土劈裂抗拉强度的影响
由图4可知，在常温下，JF，PF常温下的劈裂抗拉强度相差不大，HF，HPF的劈裂抗拉强度高于JF，约为20%左右。当温度升高到800℃ 时，JF，PF的劈裂抗拉强度剩余率约为10%左右，而HF，HPF的剩余率约为20%左右。
产生上述现象的原因是，由于钢纤维的存在，提高了高温下混凝土的劈裂抗拉强度剩余率，由此可以看出，掺加钢纤维可以提高 昆凝土高温后的抗拉性能。
2。4 混杂纤维对混凝土抗爆裂性能的影响
图5，6分别800℃及1000℃下，混杂纤维及聚丙烯纤维改善混凝土抗爆裂性能对比图。
从图5，6可知掺有聚丙烯纤维及混杂纤维混凝土的抗爆裂性能明显优于不掺纤维及只掺钢纤维的混凝土。
3 混杂纤维改善混凝土高温性能的机理探讨
一般认为混凝土受热爆裂的过程，就是混凝土中水分从混凝土内部逸出的过程。随着温度的升高，混凝土强度损失的速率增加，600℃时强度会损失50%，800℃ 时强度损失在80%左右。对于高强度混凝土，由于其密实度高，孔隙率低，蒸发通道不畅，使水不能足够快地逸出，从而产生几乎达到饱和蒸汽压的过高蒸汽分压，远远超过混凝土抗张强度，导致混凝土不能抵御这种过大的内部压力而发生爆裂，水的热动力学也表明，孔中压力增加将导致表面保护层的爆炸性破坏。
高性能混凝土加入混杂纤维后，情况发生了变化。当温度为180℃，混凝土还处于自蒸阶段时，内部压力还不大，由于聚丙烯纤维的熔点极低，在该温度下已经熔化，但因其液态体积远小于固态所占空问，于是形成众多小孔隙，并由于聚丙烯纤维分散的均匀性及纤维细小而量又多，使得混凝土内部孔结构发生了变化，孔隙的连通性加强，为混凝土内部水分的分解蒸发提供了通道，也就缓解了由于水分膨胀所形成的分压，使内部压力大大降低，从而防止了爆裂的产生。此外，混凝土中加入的钢纤维却能发挥其抗拉作用，当温度达到450℃时，虽异形钢纤维与混凝土问的粘结力将降低20%以上，但在一定程度上仍对混凝土内部裂缝的产生和发展起约束作用，这就使得混凝土完整性在一定程度上仍能保持。并使得混凝土强度的降低幅度不大，高温后仍有较高的强度，但混凝土的耐久性则由于混凝土内部孔结构的改变而大大降低。
4 结论
（1）在高温下，混杂纤维能有效地阻止混凝土产生爆裂，并能较好地保持混凝土的完整性。高温后仍能承受较高荷载，在800℃高温下，混杂纤维混凝土的抗折强度剩余率为10%左右；劈裂抗拉强度剩余率为20%左右。
（2）高温下，混杂纤维混凝土中聚丙烯纤维熔化后留下若干孔洞，形成高压蒸汽的排出通道，阻止了爆裂的产生，但也因此削弱了混凝土强度，并形成了外部介质入侵的连通性通道，从而大大降低了混凝土的耐久性。
（3）在温度超过一定范围时，基准混凝土与混杂纤维混凝土的抗折性能变化趋势一致。
（4）混杂纤维混凝土可用于有防火要求的重要结构中，并对火后钢筋继续起到保护作用，扩大了高性能混凝土的应用范围。
