钢筋混凝土梁抗火性能检测方法及防火涂料防火检测方法技术

本发明专利技术属于工程材料技术领域，公开了一种钢筋混凝土梁抗火性能检测方法及防火涂料防火检测方法，通过对RC梁的混凝土和钢筋的热工性能和力学性能研究以及钢筋与混凝土的高温粘结性能的分析，得出了常温下和高温下热工、力学性能的差异；得到的表面设置防火涂料的RC梁抗火性能研究的相关结论，对结构构件设计和火灾后加固具有一定的指导意义。本发明专利技术通过运用SQW一A材料高温强度试验仪，表面设置防火涂料的混凝土构件的抗压强度达到15.81MPa，远大于表面未设置防火涂料的混凝土构件的抗压强度，只有10.781MPa。这说明在混凝土表面设置防火涂料提高了混凝土防火作用效果。

Fire Resistance Testing Method of Reinforced Concrete Beams and Fire Resistance Testing Method of Fire Resistant Coatings

The invention belongs to the technical field of Engineering materials, and discloses a testing method for fire resistance of reinforced concrete beams and fire retardant coatings. By studying the thermal and mechanical properties of concrete and steel bars of RC beams and analyzing the bonding properties between steel bars and concrete at high temperatures, the difference of thermal and mechanical properties between normal and high temperatures is obtained. Relevant conclusions on fire resistance of RC beams with fire retardant coatings have certain guiding significance for structural component design and post-fire reinforcement. By using SQW-A material high-temperature strength tester, the compressive strength of concrete members with fire-retardant coatings on the surface reaches 15.81 MPa, which is far greater than that of concrete members without fire-retardant coatings on the surface, only 10.781 MPa. This shows that setting fire retardant coatings on the surface of concrete improves the fire retardant effect of concrete.

【技术实现步骤摘要】
钢筋混凝土梁抗火性能检测方法及防火涂料防火检测方法
本专利技术属于工程材料
，尤其涉及一种钢筋混凝土梁抗火性能检测方法及防火涂料防火检测方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：我国在钢筋混凝土结构的抗火研究起步的比较晚。朱伯龙、陆洲导和李引擎等对钢筋和混凝土材料的高温性能，钢筋混凝土构件和结构的抗火性能方面进行了较全面研究，对我国钢筋混凝土结构抗火性能的研究有极大地推动作用。我国在一九八九年在中国科学技术大学成立了火灾科学国家重点实验室，随后原冶金部建筑科学研究总院等纷纷在二十世纪八十年代中后期开始进行相关的试验和研究，例如混凝土的材料、构件和结构的抗火性能研究；通过试验对材料和构件不同恒定温度下，进行极限抗弯强度和极限抗剪强度的分析研究，对柱进行压弯下的抗火研究；通过试验和研究分析得出，在高温下压弯构件的变形和受力性能不同常温下的变化，非常复杂；陆洲导等对研究了24根钢筋混凝土梁，针对不同的保护层厚度、变化的荷载、不同的升温曲线和纵向钢筋配筋率进行了高温试验，分析了不同的参数对梁的耐高温性能的影响；李引擎等研究了高温下超静定结构的内力重分布和变形规律。综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术中，混凝土构件表面没有设置防火涂料，造成抗压强度过小。近年来建筑物火灾时常发生，各种火灾给人民生命财产带来了不可估量的损失。在高温火灾下，混凝土会爆裂，钢材的材料强度显著降低，钢筋混凝土结构的材料强度和力学性能会发生很大的变化，变形明显增大，而且构件体积膨胀、截面的温度分布不均匀使截面产生自平衡温度应力和构件弯曲变形，使结构体系破坏。现有技术中，没有对高温下钢筋混凝土构件的强度和变形规律，分析和计算RC梁火灾高温下温度场，不能对火灾中的混凝土结构进行防火涂料保护。解决上述技术问题的难度和意义：1)根据混凝土和钢筋在高温下的热工和力学性能，分析了高温下影响混凝土和钢筋的力学性能的各种因素；并且对混凝土高温下的立方体抗压强度进行了材料试验，在多个温度段下对多组混凝土试件进行加热，并观察记录混凝土的外观变化，冷却后再进行混凝土材料的抗压强度试验，得到不同温度段下混凝土试件的表观特征和抗压强度变化规律。2)通过混凝土和钢筋在遇到火灾而产生高温的作用下的热物理性能，以及在发生火灾时混凝土构件截面温度场内容，推导在火灾等高温条件下钢筋和混凝土的热物理计算公式，并以传热学为理论基础，同时也对构件的瞬态和非瞬态温度场进行了分析，确定在不同火灾燃烧时间的钢筋混凝土梁截面温度场的火灾火灾升温曲线。3)基于matlab分析不同参数条件下的钢筋混凝土梁的内部温度场，试验分析出增加钢筋数量、抑或降低初始荷载的加载梁均能提高钢筋混凝土梁的防火承载力。钢筋混凝土梁构架在受热条件下，其热量传递趋势是有外部逐渐向内部聚集，同时设置了防火涂料的保护层为惰性层，类似于起到热缓冲带的作用。构件内部温度梯度的增加受钢筋混凝土构件中的钢筋，特别是箍筋的影响很明显。但是，当钢筋混凝土梁具有适当配筋率时，即使在高温下梁仍具有很大的剩余承载力。在火灾作用下，受火时间及配筋率对构件剩余承载力的影响作用大过于初始荷载的影响。4)对涂有膨胀型防火涂料的C25混凝土试块进行了高温试验，然后将实验结果与没有涂防火材料的C25进行比较，分析了膨胀型防火涂料在发生火灾时对混凝土结构的建筑的保护作用。本专利技术采用在混凝土试块表面涂上膨胀型防火涂料，然后使用SQW-A材料高温强度试验仪，分别对涂有防火涂料和未涂防火涂料在常温下和高温作用下进行抗压强度和破坏荷载试验，进行对比，分析研究膨胀型防火涂料对混凝土结构的防火保护作用。结果显示涂有防火涂料的混凝土试块在600℃的高温下恒温加热1h后抗压强度依然有21.5Mpa，强度值与常温下混凝土的抗压强度差不多，而没有涂防火涂料的混凝土试块同样条件下的抗压强度仅为10.8Mpa，仅为涂了防火涂料的混凝土试块强度的一半，另外涂了防火涂料后试块的破坏荷载也有比较明显的提升。本专利技术分析研究膨胀型防火涂料在发生火灾的时候能够对混凝土起到很好的保护作用。难度：(1)研究分析钢筋和混凝土的热工、热学力学性能以及钢筋混凝土高温粘结—滑移机理及其影响因素的灰关联度分析。(2)对火灾的温度—时间曲线进行分析研究，以升温段和降温段的时间T的表达式关系为基础，分别运用解析法、数值法、有限元法对对结构构件的温度场进行了分析。(3)对RC梁的热传导方程及其定解条件进行理论分析。(4)基于MATLAB分析了不同参数条件下构件内部温度场。(5)本专利技术通过运用SQW—A材料高温强度试验仪，将防火涂料覆盖在混凝土材料的表面来模拟在火灾高温作用下，测定混凝土的高温抗压强度，并与相同条件下的混凝土试件的抗压强度进行了对比，来研究防火涂料的不同厚度对混凝土结构的防火性能的保护作用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种钢筋混凝土梁抗火性能检测方法及防火涂料防火检测方法。对混凝土和钢筋在高温下的热工和力学性能进行了研究和分析，并且对混凝土高温下的立方体抗压强度进行了材料试验，在多个温度段下对多组混凝土试件进行加热，并观察记录混凝土的外观变化，冷却后再进行混凝土材料的抗压强度试验，得到不同温度段下混凝土试件的表观特征和抗压强度变化规律；对RC梁的热传导方程及其定解条件进行了一系列的理论分析，得出：构件表面的综合换热系数受火场温度以及构件表面温度的影响，建筑材料的热工性能参数是温度的函数。根据系统介质表面与周围介质热交换相互作用的特点将边界条件分为三类，得出每类边界条件上的温度函数；对混凝土构件的三个面同时均匀受火的情况下采用MATLAB进行编程，全过程地模拟构件内部的传热与变形过程，从而对构件的内部温度场和结构随着火灾的进行程度的变化过程和火灾后梁的剩余承载力进行分析研究；运用SQW—A材料高温强度试验仪对涂有防火涂料的混凝土进行高温试验，研究防火涂料的不同厚度对混凝土结构的防火性能的保护作用。目前对混凝土结构的抗火性能和防火涂层的研究尚存诸多问题：(1)在国内外展开的诸多结构火灾下(后)研究工作中，主要集中在无防火涂层构件和结构体系上，而对于有防火涂层的混凝土结构遭受高温后的性能却没有给予足够的关注。根据大量火灾现场踏勘和灾损鉴定发现，由于无防护涂层保护，混凝土结构遭受高温作用后，出现不同程度损伤，有的甚至永久破坏。若有防护涂层保护，可以延缓和减轻混凝土结构的火灾损伤，提高其延火时间，减少人员及经济损失。应针对有防火涂层的混凝土结构进行研究。(2)国内外学者对火灾作用后混凝土结构的动力性能研究较少。本专利要加强对火灾后钢筋混凝土梁进行动力性能研究，并对常温下和火灾作用后动力性能试验研究结果进行对比分析，一阶频率和刚度与常温进行比较。(3)本专利技术要加强防火涂层对高温作用后混凝土强度的研究影响。主要内容：①测定不同厚度防火涂料混凝土试块高温后的抗压强度，②检测钢筋混凝土梁受火后混凝土强度。方法：①对比未受高温与受高温混凝土试块的抗压强度，研究防火涂层对混凝土结构的保护作用，并提出钢筋混凝土强度折减经验公式；②对钢筋混凝土梁受火按由底至顶及烧损深度的方法来检测混凝土强度，采用修正回弹法计算混凝土强度值，分析受火后混凝土强度沿梁高及烧损深度的变化规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢筋混凝土梁抗火性能检测方法，其特征在于，所述钢筋混凝土梁抗火性能检测方法包括以下步骤：对混凝土和钢筋在高温下的热工和力学性能进行检测；对RC梁的热传导方程及定解条件进行理论分析；对混凝土构件的三个面同时均匀受火的情况下采用MATLAB进行编程，全过程地模拟构件内部的传热与变形过程，对构件的内部温度场和结构随着火灾的进行程度的变化过程和火灾后梁的剩余承载力进行分析；运用SQW一A材料高温强度试验仪对涂有防火涂料的混凝土进行高温试验，分析防火涂料的不同厚度对混凝土结构的防火性能的保护能力。

【技术特征摘要】
1.一种钢筋混凝土梁抗火性能检测方法，其特征在于，所述钢筋混凝土梁抗火性能检测方法包括以下步骤：对混凝土和钢筋在高温下的热工和力学性能进行检测；对RC梁的热传导方程及定解条件进行理论分析；对混凝土构件的三个面同时均匀受火的情况下采用MATLAB进行编程，全过程地模拟构件内部的传热与变形过程，对构件的内部温度场和结构随着火灾的进行程度的变化过程和火灾后梁的剩余承载力进行分析；运用SQW一A材料高温强度试验仪对涂有防火涂料的混凝土进行高温试验，分析防火涂料的不同厚度对混凝土结构的防火性能的保护能力。2.如权利要求1所述的钢筋混凝土梁抗火性能检测方法，其特征在于，回归得出I级至V级钢筋高温下屈服强度的计算式，即I级至IV级钢V级钢高温下I级至V级钢筋屈服应变可按下式计算，即式中，钢筋的常温下屈服应变各强度等级钢筋高温T≥200℃下极限应变按下式计算，即I级钢II、III、IV级钢V级钢3.如权利要求1所述的钢筋混凝土梁抗火性能检测方法，其特征在于，高温下钢筋应力—应变曲线方程包括：高温T≥200℃下钢筋的应力—应变曲线方程分为屈服前的弹性段和屈服后的强化段，计算式分别为式中：η＝(1.5ξ-0.5ξ3)0.63；强化段曲线所取的相对坐标为高温下钢筋的弹性模量EST＝fyT/εyT；根据非预应力钢筋在经历高温后应力一应变曲线变化的特点，非预应力钢筋在经历高温后的应力一应变计算模型采用三折线的的方法建立；钢筋的应力与应变的数学表达式如下式所示：σ's(σ,T)＝E′s(T)ε's(T)0≤ε's(T)≤ε'y(T)σ's(σ,T)＝f′y(σ,T)ε'y(T)＜ε's(T)＜ε'sh(T)式中：σ's(σ,T)—初始应力为σ经历最高温度为T℃后，非预应力钢筋的应力(N/mm2)；E′s(T)、ε's(T)—经历最高温度为T℃后钢筋的弹性模量和应变；ε'sh(T)—经历最高温度为T℃后钢筋开始强化时的应变；ε'u(T)—高温后非预应力钢筋破断点应变。4.如权利要求1所述的钢筋混凝土梁抗火性能检测方法，其特征在于，钢筋混凝土结构温度场的分析方法包括：解析法：边界条件和室温温度20℃的初始条件是定解条件，微分方程由热传导方程和定解条件组成：对于无限大平板，采用拉普拉斯变换的到如下方程，即式中：y—板内距受火面的距离erf(x)—高斯误差函数，α—混凝土的导温系数m2/s，α＝1/(ρc)另一种是分离变量法求解热传导方程，即式中：—构件表面坐高温度的增量；当表面带有非燃烧性饰面的构件受火时，计算的面...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧蔓丽，曹伟军，宾佳，蒋隆敏，刘方成，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43