2.3　C60HPC蒸汽压测试结果分析

2.3.1　试验现象

在对混凝土板试件进行加热约70min时，混凝土板背火面开始出现较大面积的渗水现象，如图2-9所示；在继续受热约150min后，混凝土板背火面的渗水开始逐渐减少，并慢慢呈现出斑点状，如图2-10所示。在混凝土板试件受热约200min后，板表面的渗水几乎完全消失。分析其原因：当混凝土板快速受热时，由于混凝土材料的热惰性及梯度传热性，使混凝土板受热面部分的孔隙水首先吸收热量并蒸发，造成该区域的孔压力升高，并且在蒸发区、低压区与受热表面间形成孔压梯度。沿着孔压梯度，水蒸气不但会外逸到外部环境中，同时还会向混凝土内部低温区移动，并且再次凝结成水，通过这种蒸发、移动、凝结的过程不断发生，较低温度区的孔隙含水也会连续增大，最终产生一个饱和层。由于水蒸气不容易穿过该饱和层继续移动，迫使水蒸气反向移动，从而就在该区域接近受热面的一边产生孔隙蒸汽压。在混凝土板背火面看到的渗水即为饱和层传递到表面造成的。在其中一块板试验时，由于压力变送器与金属导气管连接不严密，造成硅油从连接处流出并且蒸汽外泄，取下压力变送器后从导气管中喷出超过大约1m长的水蒸气柱，从而直观地看到水蒸气喷出的过程，如图2-11所示。

2.3.2　C60HPC不加荷载作用下混凝土小板试验结果与分析

（1）钢筋混凝土板中的聚丙烯纤维对蒸汽压力的影响

图2-12～图2-14为钢筋混凝土小板同一测点处蒸汽压力随时间变化曲线图。可以看到，三个对应测点处，不掺纤维混凝土小板蒸汽压力值均高于掺0.2%聚丙烯纤维混凝土小板。

对比高温电阻炉不加荷载情况下掺与不掺纤维的钢筋混凝土小板三个测点处的蒸汽压力值，掺0.2%聚丙烯纤维的钢筋混凝土板的蒸汽压力都要远小于不掺纤维的钢筋混凝土板。可能是因为混凝土受高温作用的过程中，内部的水分变为水蒸气，水蒸气向远离受火面的一端迁移，水蒸气在迁移过程中受到浆体以及骨料形成的密闭结构的阻碍，积聚的水蒸气越来越多，压力越来越大，达到该位置处的抗拉强度后就会发生爆裂。而聚丙烯纤维在高温作用下（>167℃）熔化，在混凝土的密闭孔隙间形成连续的通道，从而改善了混凝土的密闭结构，使密闭的孔隙连通起来，水蒸气得以顺利迁移。

（2）温度对蒸汽压力的影响

图2-15、图2-16分别为不掺纤维和掺0.2%纤维钢筋混凝土小板对应测点蒸汽压力随该测点温度变化曲线图。

通过观察两块掺与不掺纤维的钢筋混凝土小板三个测点处蒸汽压力随测点温度变化的曲线可以看出，两块板的蒸汽压力均呈现先上升后下降的趋势，两块板各自25mm与50mm测点处的蒸汽压力峰值都较为接近，而75mm测点处的蒸汽压力值都几乎没有波动。

2.3.3　明火与荷载耦合下混凝土大板蒸汽压结果与分析

（1）聚丙烯纤维对蒸汽压力的影响

图2-17～图2-19对比了不同试件（不掺纤维混凝土大板与掺0.2%聚丙烯纤维混凝土大板）在受到明火与荷载耦合作用下，同深度测点位置（中心位置距离板底25mm、50mm以及板角落距离板底25mm），蒸汽压力随时间变化曲线图。

通过观察板底中心25mm位置处蒸汽压力随时间变化曲线图发现：在明火与荷载耦合作用下，不掺纤维混凝土大板与掺纤维混凝土大板（0.2%PP）蒸汽压力值在此处几乎无变动。而在50mm测点处，两块板蒸汽压力数值明显增大。通过对比发现，掺聚丙烯纤维后，50mm测点位置蒸汽压力降低显著，压力峰值降低73.7%，且压力出现时间提前。

而在混凝土板边缘位置距离受火面25mm处的点，测试结果同样呈现掺加聚丙烯纤维降低混凝土内部蒸汽压的作用（图2-19）。试件在试验开始时蒸汽压力就迅速上升，直到在70min达到峰值0.237MPa，之后随着试验的结束迅速下降。而掺聚丙烯纤维混凝土大板在此测点处的蒸汽压力整体平稳，在97.5～212min有小幅波动，但都不超过0.05MPa，可以忽略不计。综上，发现聚丙烯纤维在抑制混凝土内部蒸汽压力方面有明显的效果，故再一次从蒸汽压力实测的角度上说明了聚丙烯纤维对爆裂的抑制作用。

在实际工程中，当楼板在火灾中构件温度迅速升高时，推测构件最容易发生破坏的可能在楼板内部中心位置，距离受火面25～50mm之间，内部发生爆裂时致使承载力丧失。

（2）温度对蒸汽压力的影响

图2-20、图2-21为荷载与明火耦合下不掺纤维、掺0.2%纤维混凝土大板对应测点的蒸汽压力随测点温度升高时的压力变化曲线图。从图2-20、图2-21中可以看到，掺0.2%聚丙烯纤维混凝土大板其蒸汽压力峰值明显小于不掺纤维混凝土大板，是由于混凝土板受高温与荷载耦合时聚丙烯纤维对混凝土内部产生蒸汽压力的抑制作用，通过高温后熔化形成的孔道释放蒸汽压力，减少混凝土爆裂的概率。而且两块板靠近受火面的25mm处的蒸汽压力值远低于50mm处的蒸汽压力值。这是因为，明火产生了较快的热辐射速率，致使水蒸气快速积累，导致了靠近受火面的饱和蒸汽带的形成，蒸汽压力持续增加并向远离受火面的部位迁移。因此靠近受火面的蒸汽压力反而会下降，但是远离受火面的试件中部位置处的蒸汽压力反而增大。