2.1　混凝土高温爆裂及研究进展

2.1.1　混凝土高温爆裂机理

蒸汽压理论认为，由于HSC/HPC内部较高的含水率及低渗透率，在火灾高温过程中，混凝土自身结构致密和不贯通的毛细孔限制了其内部水蒸气的蒸发逃逸，随即在混凝土一定厚度层上出现了“类饱和层”，即“饱和塞”（moisture clog）的作用，HSC/HPC内部不断积聚的蒸汽压被认为是致使高温爆裂的主要因素。“饱和塞”这一概念由Harmathy和Smith分别于1965年和1978年先后提出，并将其应用于分析、解释混凝土内部蒸汽压力导致高温爆裂的机理上。

HSC/HPC遭受高温作用时，热量在混凝土内部梯度传递，先受到热量的混凝土内部的自由水、吸附水以及结晶水等开始蒸发并形成水蒸气，从而产生蒸汽压；而且由于混凝土材料的不均匀性、热惰性，会产生一定的温度梯度，较高温度区域处的蒸汽压明显大于较低处的，进而又产生压力梯度，致使水蒸气同时向内、外移动，移至中心的水蒸气会遇冷再次冷凝，并在某一较冷区域饱和，形成水蒸气无法透过的区域（饱和塞）。高强、高性能混凝土自身内部结构致密、渗透率低，致使水分迁移受阻，内部蒸汽压积聚，积聚的压力由内向外，会造成饱和塞与受火面之间的薄弱部分发生爆裂现象，如图2-1所示。

图2-1　蒸汽压致爆机理模型分析图

2.1.2　混凝土蒸汽压测试国内外研究现状

国内外关于混凝土高温爆裂的研究已经持续多年，但混凝土的高温爆裂具有较大的随机性和不确定性，大都处在对爆裂成因的探讨状态，由于爆裂试验测试装置的设计及方法受限，对于高温下混凝土内部蒸汽压的测试相对较少。

国外，Kalifa等通过自行研制一种在混凝土内部预埋测试导管的装置测量出了混凝土内部的蒸汽压力值，且得出掺入聚丙烯（PP）纤维可以大幅度降低高温下混凝土的内部蒸汽压力，从而抑制了其高温爆裂，有效地验证了混凝土的高温蒸汽压爆裂机理。Phan进行了HSC内部蒸汽压力测试及高温爆裂分析研究，发现：混凝土内部的蒸汽压对爆裂影响较显著；当所测点温度在230℃左右时，蒸汽压力值最大，达到了2.1MPa；当掺入一定量的PP纤维时，蒸汽压峰值为1.42MPa，PP掺量增加一倍时，蒸汽压峰值仅为0.66MPa，降低显著。Mindeguia测量了混凝土加热过程中内部不同深度的蒸汽压，所有测点测得的蒸汽压力峰值均小于混凝土的抗拉强度，在0.2～1MPa之间。

国内，鞠杨等利用自主研发的蒸汽压装置，测量了高温下RPC内部蒸汽压，并对蒸汽压随温度的变化做了分析讨论，同时采用压汞、扫描电镜等试验，从微观角度对混凝土高温爆裂机理进行了分析，研究发现：RPC内部蒸汽压随温度升高呈现先增大随后降低的趋势，并且孔隙蒸汽压在混凝土内部发生由浅入深的迁移及由外向内移动的变化规律。

王思翔等针对高强混凝土孔隙蒸汽压高温爆裂机理进行了蒸汽压试验，测量了电阻炉模拟高温作用下素高强混凝土、掺橡胶颗粒混凝土及掺纤维（钢纤维、聚丙烯纤维）混凝土内部孔隙压力，分析了不同种类混凝土内部孔隙压力值的差异，并探讨解释了孔隙压力对混凝土高温爆裂的作用机理。

综上所述，截至目前国内外对于高温下混凝土的孔隙蒸汽压测试相对甚少，所研究的混凝土均未结合工程实际，对混凝土进行加均布荷载和布置钢筋网，且几乎混凝土在高温下的蒸汽压试验都是通过高温电阻炉进行加热的。但实际火灾中升温速率非常快，电阻炉模拟是不足以切实反映出火灾的实际情况，与实际火灾作用存在一定的差异。

因此，本章除对无荷载作用下的C60和C80高性能混凝土小板进行高温电阻炉加热下的内部蒸汽压测试外，还结合工程实际对内部布置钢筋网且加均布荷载作用下的C60和C80高性能混凝土大板进行明火加热下的内部蒸汽压测试。