玻璃纤维增强混凝土高温后力学性能研究

摘要：为研究玻璃纤维增强混凝土在高温后的力学性能，以C40混凝土为基准，分别添加体积掺量0%、0.5%、1.0%、1.5%的玻璃纤维配置成玻璃纤维混凝土。通过高温加热处理模拟实际工程中火灾的温度；通过喷水冷却来模拟扑灭火灾的方式。结果表明：不同玻璃纤维体积掺量下的常温、300℃和600℃试块的抗压强度，玻璃纤维对高温环境下混凝土强度的具有一定的提升作用，在1%体积掺量下混凝土试块常温和高温下的抗压强度和相对抗压强度均最优。

关键词：玻璃纤维混凝土；高温；冷却方式；抗压强度

0 引言

近年来，为应对高温对混凝土材料性能带来的不利影响，众多学者持续开展相关研究，尝试通过多种改性手段提升混凝土在高温环境下的稳定性和耐久性[1-3]。传统提升耐高温性能的方法包括选用更高等级的水泥、添加耐火骨料以及优化混凝土配合比等，尽管这些方法在提升混凝土抗火性能方面取得了一定成效，但也普遍存在施工复杂性增加和成本上升的问题。

目前，玻璃纤维增强混凝土作为一种具备优异高温性能的新型材料，GFRC在火灾或极端热环境下的表现逐步受到工程界重视[4]。然而，该材料的研究仍处于深化阶段，其在实际应用中仍面临诸多技术挑战。

基于此，本文将围绕玻璃纤维增强混凝土在高温工况下的性能开展系统研究，着重分析其在高温或火灾情境下的结构性能优势，特别是在抗裂能力、力学性能保持能力以及热震抵抗能力等方面的改善效果。通过试验数据与理论模型相结合的方式，验证GFRC在高温环境中相较于普通混凝土所展现出的性能优势，进而探讨其在实际工程中的应用潜力。研究成果有望为提升混凝土结构在高温环境下的服役能力提供理论支持，并为GFRC在工程实践中的推广提供技术依据。

1  试验介绍

1.1  试验设计

选用强度等级为C40的混凝土为基础材料，分别掺入不同体积分数的玻璃纤维，制备100mm立方体GFRC试件。在试验过程中，将各组试块分别暴露于常温、300℃及600℃三种温度条件下，并喷水冷却处理。各组试件的编号与对应的处理方式详见表1。

1.2  试验材料

GFRC的具体配合比见表2。

2  GFRC高温前后抗压力学性能研究

2.1  高温前后试块抗压试验破坏形态

从试块破坏过程来看是一致的，在试块开始受压时四周表面首先出现纵向裂缝并伴有轻微“嘶嘶”的声音，随后纵向裂缝逐渐发育并相互连接形成块状裂缝。

通过对比不同玻璃纤维掺量混凝土试块的破坏形貌可知，在未掺加纤维的条件下，试块在受压破坏过程中纵向裂缝迅速扩展，破裂后产生的碎屑较为细小、分散。而在掺入玻璃纤维的试块中，尽管同样发生了块体破碎，但破碎区域的细裂纹分布更为密集，同时由于纤维的桥联作用，各碎块间产生一定连接，使其形成体积较大的松散组合体。此外，最终破坏形成的“沙漏形”最细部位的周长也相对更大。

2.2  高温冷却后GFRC抗压强度拟合

为进一步揭示不同玻璃纤维掺量下混凝土在经历高温与喷水冷却后的抗压性能变化规律，对试验所得抗压强度数据进行拟合分析，建立抗压强度与温度之间的经验关系式。

表3拟合公式中，温度的二次项系数均为负值，说明高温对材料结构性能存在显著削弱效应，但玻璃纤维能够在一定程度上通过增强裂缝控制与内部结构连结，减缓高温造成的强度退化。这一规律可为实际工程中GFRC材料的高温应用提供参考。

3  结论

本文通过对玻璃纤维增强混凝土（GFRC）在高温作用及喷水冷却处理后的力学性能系统研究，探讨了不同玻璃纤维掺量对混凝土抗压性能的具体影响规律。得到如下结论：

不同掺量的GFRC抗压强度均可通过开口向下的二次函数表达，拟合系数均达到1，显示出良好的数学拟合效果。

参考文献：

[1]郝松，时金娜，赵燕茹.纤维混凝土耐高温性能研究综述[C]//《建筑科技与管理》组委会.2016年4月建筑科技与管理学术交流会论文集.内蒙古工业大学土木工程学院;，2016：5-6+13.

[2]李云洲.浅谈玻璃纤维增强混凝土的性能和工程应用[J].山西建筑，2009，35（27）：175-176.

[3]胡海涛， 董毓利， 刘伊琳， 2004. 高强混凝土在高温中和高温后的抗压强度试验研究[J]. 混凝土与水泥制品， 2004（1）：18-19.

[4]高丹盈， 赵亮平， 陈刚， 2017. 高温中纤维纳米混凝土单轴受压应力-应变关系[J]. 土木工程学报， 50（9）：46-58.