养护环境对气凝胶砂浆复合SCC隧道火灾抗力的影响

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自密实混凝土(Self-compacting Concrete,SCC)具有自密实、高强度、易施工等优点,广泛应用于隧道结构。然而,当隧道发生火灾时,SCC会因为本身的高致密性和低渗透性,导致其内部孔隙水压力不能及时释放而爆裂剥落,致使结构承载力急剧下降。气凝胶砂浆(Aerogel Cement Paste,ACP)作为一种防火涂料,有效限制了混凝土结构与火焰之间的传热,因而受到人们的广泛关注。为了更好地提升ACP在隧道火灾(1100℃,2.5 h)中对SCC的保护作用,以现场施工养护方法为基准,研究了湿养时间、养护温度和早期养护对ACP性能的影响。结合火灾前后的ACP质量损失率、宏观形貌图,并进行SEM、XRD、TG/DTG等微观分析,探明养护环境对ACP隧道火灾抗力影响的机理。主要的研究内容与结论如下:(1)通过改变ACP的湿养时间(7 d湿养、14 d湿养、21 d湿养、28d湿养),对其各项物理性能进行了测试,并结合ACP复合SCC的残余抗压强度进行分析。结果发现,非复合C40 SCC在隧道火灾试验中发生爆裂,而不同养护方式的ACP复合SCC均未发生爆裂;ACP微观结构越疏松,在高温下产生的微裂纹就越多,这会加速水泥浆体的损伤,降低ACP耐火性能;14 d湿养为最优养护方式。(2)通过模拟自然环境温度和施工现场温度,改变ACP的养护温度(5℃、20℃、35℃、50℃、65℃、80℃),对其导热系数、力学性能、孔隙率进行了测试,并结合ACP复合SCC的界面温度进行分析。结果发现,50℃是ACP的最佳养护温度;较高的养护温度加速了水化反应和火山灰反应,有利于生成更稳定的水化产物(如C-S-H凝胶、托贝莫来石、无水芒硝等)。在导热系数差距极小下,致密的微观结构和稳定的物质更有利于加强ACP的隧道火灾抗力。在实际工程应用中,当ACP在50℃左右养护时,可以进一步优化ACP涂层厚度。(3)通过结合最优湿养方式,改变ACP的早期养护温度(10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃),对其各项性能进行了测试。结果表明,早期过高的养护温度会增加粗孔和连通孔的数量,降低导热系数,但这也会加速其在高温下的损伤速率,进而降低其隧道火灾抗力。40℃的早期养护+两周湿养是ACP最佳养护方式,成本相对较低,更利于实际工程应用。
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