石材贴覆混凝土梁试体火害承载行为研究

张　茜，曾昭蓉，念红芬

(攀枝花学院,攀枝花　617000)



石材贴覆混凝土梁试体火害承载行为研究

张茜，曾昭蓉，念红芬

(攀枝花学院,攀枝花617000)

摘要：本试验研究各种石材在各种火害的情况下，石材对混凝土的保护效果，石材施工方法使用湿式贴法，温度则考虑常温(25℃)以及火害温度500℃、700℃与900℃，火害延时皆为30 min。然后以25顿MTS材料试验机进行混凝土梁四点抗弯试验，研究结果显示，火害温度500℃、700℃与900℃后，无论任何石材贴覆之混凝土梁强度皆高于火害后的纯混凝土梁。

火害; 混凝土梁; 石材; 抗弯试验

1　引　言

石材对于建筑的应用已有数千年的历史，不论在古代西方或是东方皆有运用的案例，例如西方的埃及金字塔、罗马神庙、欧洲古城等；东方的陵墓、万里长城、石桥等建筑，在石材的运用上相较于其他建材其硬度、耐火、耐久、耐酸碱及保存等各方面均有其优势。

随着近代建筑工业进步，岗石建筑兴起，人们生活质量逐渐提高，相对于居住环境质量有较高的要求，与多样性的选择，因此石材制品逐渐成为热门的建筑材料。就建筑上石材的种类而言，主要可以分为火成岩类、沉积岩类、及变质岩类等，以目前商业上常见的石材可分为花岗石、大理石、砂岩及板岩。而在石材使用上亦有越来越多的趋势，石材在建筑的使用主要为贴覆在混凝土构件表面，当建筑物遭遇火害时，石材贴覆之混凝土构件的承载行为，石材防火性能以及火灾后的建筑物安全性将成为重要的研究探讨重点。

2　试　验

2.1试验规划

探讨不同石材对混凝土梁所产生的保护效果，然后针对混凝土梁试体做四点抗弯测试。本实验共制作39支混凝土梁试体；试体尺寸为：15 cm×15 cm×53 cm，试体设计强度为210 。

本实验选石材进行研究，分别为锈石、印度黑、玉石与珍珠白等四种石材；温度常温25℃，火害温度500℃、700℃与900℃火害延时30 min[1]。

试体类别编号所表示：试验批数、试体种类、火害温度，表1，锈石以A表示；印度黑以B表示；玉石以C表示；珍珠白以D表示；最后将火害后的混凝土梁做四点抗弯试验。

表1　混凝土梁试体整体编号规划表

2.2试验试体

三项试验方法说明如下。

(1)未包覆石材也未火害混凝土梁四点抗弯试验：一般混凝土梁的强度会影响火害后试体的抗弯及抗剪强度，为充分掌握每一批灌制混凝土抗压强度；

(2)未包覆石材火害后混凝土梁四点抗弯试验：本试验共进行了三种不同的温度分别为500℃、700℃及900℃进行火害试验[2]，为了解不同石材对于混凝土的保护效果；

(3)不同石材包覆混凝土梁火害后四点抗弯试验：将各类石材包覆混凝土梁进行500℃、700℃与900℃高温火害试验。

2.3试验仪器与设备

(1)浇灌试验混凝土梁所需的器具包括：沙锥、木模、钢尺、小铲、捣棒及墁刀等；(2)电子磅秤；(3)混凝土试体模；(4)水泥搅拌机；(5)空气压缩机 ；(6)石材；(7)高温炉；(8)250 kN MTS 动态材料试验机试验机由控制器所附Teststar及Testware软件来操控，而试验程序可依需要设定为载重控制或位移控制。试验机所配备的250 kN 荷重计、位移感应器及试验外加装置的读数可经由 Testware 软件的设定来做资料撷取工作[3]。

2.4试验程序与方法

(1)梁试体模板制作；(2)拌合混凝土；(3)进行工作性试；(4)浇置混凝土试体；(5)养护混凝土梁试体；(6)混凝土梁试体与石材贴覆面表面清洁；(7)调配益胶泥；(8)贴覆前益胶泥打底；(9)贴覆石材

2.4.1高温火害试验

将本试验混凝土梁试体放入高温炉前，先将高温炉温度控制设定至本试验目标500℃、700℃及900℃，启动高温炉并加温至预定温度再延时30 min，然后关闭高温炉电源，打开炉门将其温度降至室温后再取出试体[4]。

2.4.2四点抗弯试验

将火害后混凝土梁试体取出后拆除表面石材再以石膏盖帄，试验时所有梁均为简支承并在中点处施放两对称的集中载重，完成后设定Teststar 软件，将250 kN MTS 动态材料试验机进行暖机作业，待暖机完成后再将混凝土梁放上250 kN MTS 动态材料试验机上，进行四点抗弯试验，等试验完成后将Teststar所产生的四点抗弯数据以表格方式整理成为本论文中所表示的参考数据并绘图[5]。

2.4.3含水量试验

将锈石、印度黑、玉石及珍珠白等四种石材切割成相同尺寸，放入高温炉中控制温度至100℃时间设定为24 h，进行水分烘干试验，取出后置于电子磅秤上量测其重量，并依序记录各类石材重量，量测完毕后将石材静置于水中24 h，取出后将石材表面擦干再置于电子磅秤上量测其重量，再依序记录各类石材重量[6]。

3　结果与讨论

3.1第一次试验及第二次试验混凝土梁试体贴覆后火害前后外观的观察

将混凝土梁包覆锈石、印度黑、玉石及珍珠白后以高温炉进行高温火害试验后观察外观发现，火害温度达500℃、700℃时混凝土试体表面外观并无太大变化，而火害温度达900℃时混凝土外观呈现灰黑色，比一般混凝土梁颜色较深混凝土梁包覆玉石时，火害温度达 500℃、700℃时试体外观亦无太大变化，而火害温度达 900℃时试体外观已完全崩毁。

表2　第一次及第二次试验混凝土梁未火害试体的抗弯强度

3.2第一次试验及第二次试验无包覆石材混凝土梁试体火害后承载行为

本试验使用25吨MTS 材料试验机进行四点抗弯试验，试验时所有梁试体均为简支承，并在梁试体中央处架设 LVDT 分别置于试体的两侧量测位移，载重则以25吨MTS 材料试验机量测即可，试验后可知未受火害混凝土试体帄均载重为 25.66 kN；帄均弯矩强度为2.05 kN·m，如表2所示；混凝土试体火害温度达500℃时，试验后可知混凝土试体帄均载重为13.75 kN；帄均弯矩强度为1.1 kN·m，如表3所示；未包覆混凝土梁试体火害温度达700℃、900℃时，因试体严重损坏无法进行四点抗弯试验，故无法得知混凝土试体帄均弯矩强度。

表3　第一次及第二次试验混凝土梁火害 500℃试体的最大抗弯强度

3.3第一次试验及第二次试验混凝土梁试体贴覆不同石材的火害后承载行为

锈石、印度黑、玉石及珍珠白等四种不同石材混凝土试体500℃、700℃及900℃火害后使用25吨 MTS材料试验机进行四点抗弯试验的结果探讨，试验时所有梁试体均为简支承，并在梁试体中央处架设LVDT分别置于试体的两侧量测位移，载重则25 吨MTS材料试验机量测得出。经由计算得到该梁的弯矩强度，并根据两次试验的帄均弯矩数据进行分析和判断其趋势，试体破坏模式皆为混凝土梁脆性破坏，各梁试体在不同温度下的承载行为由表3可知500℃火害后试体做四点抗弯试验，由表4可知700℃火害后试体做四点抗弯试验，由表5可知900℃试体火害后做四点抗弯试验。

表4　第一次及第二次试验混凝土梁火害700℃试体的最大抗弯强度

表5　第一次及第二次试验混凝土梁火害 900℃试体的最大抗弯强度

3.4第一次试验及第二次试验混凝土梁试体与贴覆石材的混凝土梁试体火害后承载行为

比较针对500℃、700℃及900℃火害后试体无贴覆石材与贴覆锈石、印度黑、玉石及珍珠白等四种不同石材的四点抗弯试验所得最大抗弯载重数据做表格分析和判断其趋势。

3.5第三次试验混凝土梁试体与贴覆石材的混凝土梁试体火害厚弯矩及挠度影响分析

第三次试验的混凝土梁试体载重与挠度影响 如表6所示。

表6　第三次试验的混凝土梁试体载重与挠度

3.6石材含水量试验

不同石材的含水量试验结果见表7，由此可推论石材含水量若越高，表示孔隙越大，其火害保护效果越差，锈石、印度黑及玉石含水量相当，故保护效果也相当。

表7　不同石材的含水量试验结果

4　结　论

(1)混凝土梁在四点抗弯破坏过程中发现混凝土梁皆为张力脆性破坏;

(2)火害温度500℃、700℃与900℃后，无论任何石材贴覆的混凝土梁强度皆高于火害后的纯混凝土梁;

(3)试验所使用之混凝土梁为前人所留下之试体，因试体存放时间久远，故并未进行防爆处理，推测试验时有部分混凝土梁内部仍存在少许水分，而造成火害试验时试体出现爆裂现象;

(4)整体而言，贴覆锈石的混凝土梁试体在各温度下能有相当好的保护效果;

(5)石材含水量越高，表示石材孔隙越大，高温火害较容易直接对混凝土造成伤害，故石材含水量越高火害保护效果相对较差。

[1]阚前华等编著.ANSYS高级工程应用实例分析与二次开发[M].电子工业出版社,2006:12-14.

[2]刘涛,杨凤鹏主编.精通ANSYS[M].清华大学出版社,2002：78-79.

[3]宋玉普编著.多种混凝土材料的本构关系和破坏准则[M].中国水利水电出版社,2002：65-66.

[4]凌光荣,岳建伟,张锡治.火灾时有防火保护层的钢管混凝土柱温度场分析及实用计算方法研究[J].天津建设科技,2002，(04)：23-26.

[5]韩林海,徐蕾.带保护层方钢管混凝土柱耐火极限的试验研究[J].土木工程学报,2000，(06)：43-45.

[6]徐蕾,韩林海.方形截面钢管混凝土温度场的非线性有限元分析[J].哈尔滨建筑大学学报,1999,(05)：51-54.

Behavior of Concrete Beams Carrying the Fire Victims Specimen with Stone Veneer Cladding

ZHANG Qian,ZENG Zhao-rong,NIAN Hong-fen

(Panzhihua University,Panzhihua 617000,China)

The test study of various kinds of stone in the case of fire victims,stone protective effect of concrete,stone construction method using a wet paste method,the temperature is considered normal temperature (25℃) and thermal damage temperature 500℃,700℃ and 900℃ fire victims are all 30 min delayed. Then 25 Dayton MTS material testing machine concrete beam four-point bending test,the results showed that the fire damage temperature 500℃,after 700℃ and 900℃,regardless of any concrete beam intensity stone veneer cladding of the fire victims are higher than the pure concrete beam.

fire damage;concrete beams;stone;bending test

张茜(1981-),女，讲师.主要从事建筑材料建筑节能方面的研究.

TD985

A

1001-1625(2016)02-0432-05