1、浅谈高温作用下钢筋混凝土材料性能摘要：在高温作用下，钢筋混凝土各成分之间会发生一系列的物理和化学变化，与常温下钢筋混凝土中钢筋和混凝土的热工性能和力学性能相比，两者之间存在不可忽略的的差异，故有必要对高温作用下钢筋混凝土材料的性能进行研究分析 关键词：钢筋混凝土，高温下，材料性能。 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 钢筋混凝土是一种复合材料，是由固、液、气三相构成的非匀质组合材料，在高温作用下，各成分之间会发生一系列的物理和化学变化，进而影响到钢筋混凝土中钢筋和混凝土的热工性能和力学性能，为了之后分析火灾作用下钢筋混凝土构件的承载力，有必要先了解钢筋和混凝土在高温作用
2、下的热工性能和力学性能。 2 混凝土 2.1 高温作用下混凝土的热工性能 混凝土的热工性能直接影响混凝土结构在高温下的传热过程和温度场的分布，混凝土的热工性能指标主要包括热传导系数 c、热容(比热)Cc、质量密度 c 和热膨胀系数 c。 （1）热传导系数 混凝土的热传导系数取决于它的各组分的热传导系数，主要的影响因素有骨料类型、水分含量以及混凝土的配合比。 实验结果表明，在温度为 700 以下时，热传导系数随着温度的升高接近于线性减小。 （2）热容 Cc 热容是指单位质量的物体温度升高一度时所需的热量，单位为。骨料类型、配合比和水分为混凝土的热容主要影响因素。 一般来说，随着温度的升高，混凝土
3、的热容有逐渐增大的趋势。 （3）质量密度 c （） 质量密度 c 是指单位体积的物体的质量，单位。混凝土构件一般长时间放置在自然环境中，水分蒸发较快，可以忽略水分对混凝土质量密度的影响。可以将 c 看作常数 2400 。 （4）热膨胀系数 c 混凝土的热膨胀系数是指温度升高一度时物体单位长度的伸长量，单位是。 混凝土为热惰性材料，在同一个截面上，混凝土构件的温度由表面到内部分布不均匀，存在温差，而且沿混凝土试件的轴线方向，温度分布也不均匀，因此由温度产生的膨胀变形并不是均匀的，试件的实际伸长量是平均膨胀变形的结果。影响混凝土热膨胀系数的因素有：骨料类型、试件尺寸大小、加热速率、试件密封与否等外
4、部因素。 2.2 高温作用下混凝土的力学性能 影响高温下混凝土力学性能的主要因素：抗压强度、抗拉强度、弹性模量、应力应变关系、混凝土自由膨胀应变、瞬态热应变、短期高温徐变等。 （1）抗压强度 混凝土构件作为一种受力试件，其中抗压强度是混凝上最基本、最重要的指标，升降温后导致混凝土强度有不同程度的降低。 文献3给出了高温下混凝土的抗压强度与温度的关系式： 式中 fcu常温下的混凝土立方体抗压强度 fcuT高温下的混凝土立方体抗压强度 T 温度() （2）抗拉强度 在一般设计中，忽略混凝土的抗拉强度对于构件受力的影响是偏于安全的，但在研究中还是要考虑抗拉强度的影响。大量实验结果表明：混凝土的抗拉强
5、度随温度升高而逐渐降低。 （3）弹性模量 随着温度的变化，混凝土内各种成分发生不同的物理和化学变化，整体上来说，混凝土的弹性模量随着温度的升高是逐渐降低的。 （4）应力应变关系 混凝土是一种热惰性材料，高温对混凝土的损伤程度小于高温对传热较快材料的损伤程度。大量实验结果表明：随着温度的升高，混凝土的应力-应变曲线变化规律基本一致，但随温度的升高，峰值应力减小，峰值应变增大。应力峰值后，曲线变得平缓，变形较大。3 钢筋 3.1 高温作用下钢筋的热工性能 国内外大量实验结果表明，各种钢筋在高温下均表现出强度随温度升高而逐渐降低的趋势，但降低幅度各有区别。 （1）热膨胀系数 s 建议采用下式： s
6、= (12+0.004T )10-6T 1000 s = 1610-6 T 1000 （2）比热 日本建筑物综合防火设计规范 建议比热为： =8.0210-4Ts2 +483 （3）密度 钢筋的密度随温度的变化很小，可认为是常数。 3.2 高温作用下钢筋的力学性能 （1）强度 钢筋混凝土中钢筋，随温度的升高，屈服台阶逐渐减少，到 300时，屈服台阶消失，其屈服强度可由 0.2%的残余变形确定。300 以后，应力一应变曲线没有明显的屈服点，400 以下时，强度随温度的升高而提高（蓝脆现象） ，而塑性降低；在 400T800 时，强度下降明显；在T=800时，钢材强度已所剩无几，一般不足常温下强度
7、的 10%，但塑性有所增强。 （2）弹性模量 从不同种类钢材和不同级别强度的钢筋所做的高温弹性模量试验结果来看，高温下钢筋弹性模量的降低只与温度有关，而同钢材种类和强度级别没有多大关系。钢筋弹性模量下降的趋势与混凝土的强度变化相似。当 T 小于 200时，弹性模量下降有限，T 在 300-700间下降迅速，T=800时弹性模量最小，一般不超过常温的 10%。 （3）应力-应变关系 钢筋的应力-应变曲线随着温度的升高而逐渐趋于平缓、屈服平台消失、突然屈服的现象越来越不明显。 4 小结 依据现有的研究成果，本文分别简要叙述了混凝土和钢筋的热工性能及力学性能。分析了影响混凝土和钢筋热工性能和力学性能
8、的各种因素，为之后的承载力分析等打下基础。 参考文献 1DDENV1992-1-2, Eurocode 2: Design of concrete structures 2Marechal J C. Thermal Conductivity and Thermal Expansion Coefficients of Concrete as a Function of Temperature and Humidity J. Concrete for Nuclear Reactions, 1972,1(34) pp:1047-1057 3李卫,过镇海.高温下混凝土的强度和变形性能试验研究J.建筑结构学报,1991,14(1):8-16 4钢结构设计规范GBJ77-88 5日本建筑物综合防火设计规范 6李国强，韩林海，楼国彪，蒋首超.钢结构及钢-混凝土组合结构抗火设计M.北京：中国建筑工业出版社，2006
