為了解火災后聚丙烯醇纖維混凝土性能衰減情況，本文對聚丙烯纖維高強混凝土進行了高溫試驗，探討聚丙烯纖維高強混凝土力學性能（抗壓強度、抗拉強度和抗折強度）隨溫度的變化規律及其抗爆裂性能，為正確地分析評估混凝土結構火災后承載能力和損傷程度，改善高強混凝土的抗爆裂能力等提供參考依據。

1   試驗概況

1.1  原材料

水泥：42.5普通硅酸鹽水泥；石子：粒徑為10~20mm，連續級配；砂：中砂，連續級配；聚丙烯纖維：長度19mm，摻量為0.9kg/m³。混凝土強度等級為C60。

1.2  試驗方法

試驗采用100mm×100mm×100mm立方體混凝土試件和100mm×100mm×400mm棱柱體混凝土試件。試驗升溫設備為箱式電阻爐，最大升溫速率為10℃/min。本試驗以溫度為變化參數，分別為200℃、300℃、400℃、600℃、800℃。當達到設定溫度后，恒溫1.5h，然后自然冷卻至常溫，再進行試驗。

1.3　試驗現象

隨著高溫爐溫度的升高，可以明顯看到大量水蒸氣從高溫爐中排出。對于素高強混凝土，在400℃前沒有發生爆裂現象，繼續提高溫度至440℃左右，高溫爐內發出第一次爆炸聲，之后隨溫度升高，爐內不時傳出爆裂聲，至600℃時，恒溫后打開高溫爐，素高強混凝土立方體試塊爆裂5塊，抗折試件全部爆裂，爆裂溫度集中在440℃~512℃左右，而聚丙烯纖維混凝土試件全部完好。在進行加熱至最高溫度為800℃的過程中，爆裂溫度集中在481℃~660℃左右，恒溫后打開爐膛，素高強混凝土試件全部爆裂，爆裂部分呈碎塊狀，聚丙烯纖維混凝土試件仍然基本完好。 

2  試驗結果

本次試驗測試了高溫后聚丙烯醇纖維高強混凝土和素高強混凝土的抗壓強度、抗拉強度和抗折強度,主要研究上述強度指標隨溫度的變化規律。

2.1  抗壓強度

試驗測得聚丙烯纖維高強混凝土與素高強混凝土的抗壓強度與溫度的關系如圖１所示（其中聚丙烯纖維高強混凝土用PP表示，素高強混凝土用C表示）。可以看出，在溫度達到400℃以前，聚丙烯纖維混凝土抗壓強度與素混凝土抗壓強度隨溫度的變化規律相似，都隨溫度變化的影響不大。400℃以后，聚丙烯纖維高強混凝土和素高強混凝土的抗壓強度隨溫度升高都明顯下降，且降低幅度接近。溫度達到600℃時，聚丙烯纖維高強混凝土的抗壓強度是常溫時的74%，素高強混凝土的抗壓強度是常溫時的83%。溫度至800℃時，聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度降至常溫時抗壓強度的45%左右，而此時素高強混凝土抗壓試件已經爆裂。

2.2  抗拉強度

試驗測得的聚丙烯纖維高強混凝土與素高強混凝土的抗拉強度與溫度的關系如下圖２所示。圖２表明，隨著溫度的升高，聚丙烯纖維高強混凝土和素高強混凝土的抗拉強度均線性下降，聚丙烯纖維混凝土的下降幅度稍顯平緩。當溫度升高到200℃、300℃、400℃、和600℃時，聚丙烯纖維混凝土對應的抗拉強度分別為常溫時的89%、79%、70%和40%，素混凝土對應的抗拉強度分別為常溫時的76%、73%、65%和33%。當溫度到達800℃時，聚丙烯纖維混凝土的抗拉強度急劇下降，為常溫時抗拉強度的21%，而此時素高強混凝土抗拉試件已經爆裂。由此可見，聚丙烯纖維混凝土和素混凝土的抗拉強度從溫度達到400℃開始劇烈下降。與素混凝土相比，在各對應的溫度下，聚丙烯纖維混凝土的抗拉強度都比素高強混凝土稍有提高。 

2.3  抗折強度

試驗測得的聚丙烯纖維高強混凝土與素高強混凝土的抗折強度與溫度的關系如下圖３所示。由圖３可見，溫度變化時，抗折強度有所變化。隨著溫度的升高，聚丙烯纖維高強混凝土和素高強混凝土的抗折強度都呈下降趨勢，聚丙烯纖維混凝土的下降幅度稍顯平緩。當溫度升高到200℃、300℃和400℃，聚丙烯纖維混凝土對應的抗折強度分別為常溫時的104%、79%和68%，素混凝土對應的抗折強度分別為常溫時的102%、92%和85%。當溫度到達600℃時，聚丙烯纖維混凝土的抗折強度急劇下降，為常溫時抗折強度的36%，而此時素高強混凝土抗折試件已經爆裂。由此可見，溫度在400℃以前，聚丙烯纖維高強混凝土和素高強混凝土的抗折強度降低幅度較小。當溫度超過400℃以后，素高強混凝土抗折試件爆裂，聚丙烯纖維高強混凝土的抗折強度明顯下降。

3  抗爆裂性能

混凝土的爆裂是指混凝土試件在高溫作用下，達到一定溫度時，表面混凝土突然發生剝落、崩出的現象。該現象發生時沒有任何預兆。究其原因，主要是高溫時混凝土內部的游離水蒸發及化合水分解，導致高溫時某一區域的混凝土強度降低，產生裂縫，在較高的蒸氣壓力作用下崩解。混凝土強度越高，爆裂現象更容易發生。本試驗中的素高強混凝土從400℃開始出現混凝土炸裂的響聲，溫度達到600℃以后，素高強混凝土幾乎完全爆裂。這種高溫爆裂是一種災難性破壞，其特征是伴隨著劇烈的爆炸聲，混凝土材料在一瞬間裂成大小不一的碎塊，但爆裂前卻沒有明顯的先兆。這主要是由于高強混凝土的內部結構比較密實，孔隙率較低，導熱性能變差，蒸發通道不暢，水蒸氣較難逸出，蒸汽壓力較大，當超過混凝土抗拉強度時，孔隙壓力和熱應力共同作用使裂縫貫通，就產生了突發性的爆裂現象，從而發生爆炸性破壞。

在高強混凝土中加入聚丙烯纖維后，本試驗中所有聚丙烯纖維高強混凝土試件直至800℃高溫時，仍然沒有爆裂現象發生。試驗使用的聚丙烯纖維熔點為160℃左右，當溫度達到聚丙烯纖維的熔點溫度時，混凝土還處于游離水蒸發階段，內部壓力較小。當聚丙烯纖維熔化后，其液態體積小于固態所占空間，于是形成眾多小孔隙，并由于聚丙烯纖維分散的均勻性及纖維細小而數量又多，使得混凝土內部孔結構發生了變化，孔隙的連通性加強，為混凝土內部水分的分解蒸發提供了通道，緩解了由于水分膨脹所形成的壓力，從而降低了爆裂的可能性。