一種用于模擬混凝土高溫火災后遇水作用試驗的裝置及其測試方法與流程

本發明屬于土木工程材料測試技術領域，主要涉及混凝土材料在高溫作用后進行遇水冷卻處理的試驗技術。

背景技術：

火災是嚴重威脅人類生命和發展的主要災害之一。當火災發生后，消防隊員進行滅火救援時，一些受火混凝土建筑結構由于受到消防水的作用，其性能會發生很大的變化。消防救援時，消防水會使受火混凝土建筑遇水冷卻，結構溫度驟降，且產生較大的溫度應力，導致結構強度下降和表觀產生損傷。因溫度應力給建筑結構帶來的內外部損傷，可能會導致其整體失穩或失去安全性。

對于高溫后混凝土以遇水冷卻來進行模擬火災消防，目前還沒有可靠統一的測試方法和標準進行參考和指導。前人對高溫混凝土的冷卻制度主要有自然冷卻和遇水冷卻，而遇水冷卻多為灑水冷卻、噴淋冷卻和浸水冷卻等。高溫后混凝土的遇水冷卻是個較為復雜的損傷過程，不同的水作用壓力、水作用面積、水作用時間以及作用水的溫度都會對混凝土產生不同的損傷影響。而前人現有試驗方法存在以下缺陷：1.對高溫后混凝土進行噴淋和灑水冷卻會帶來水壓力作用，水流會沖擊混凝土，帶來不必要的沖擊損傷，增大了試驗誤差。2.試驗時無法保證遇水冷卻的作用面積，作用面積不同帶來的損傷也會不同，進而也會增大試驗誤差。3.若進行浸水冷卻，由于受火后混凝土溫度很高，會使冷卻水溫度升高，在進行試驗時水的溫度也會帶來試驗誤差，若及時換水則會增加試驗的時間，效率不高。由于以上試驗方法有很多缺陷，且試驗者試驗時也無法精確把握，使得試驗結果離散性大、可靠性低，也不能形成系列的理論體系。

技術實現要素：

針對以上現有技術存在的缺陷，本發明目的是為高溫后混凝土遇水冷卻提供一種裝置和測試方法，也為火災消防提供一種用于模擬混凝土高溫火災后遇水作用性能劣化的模擬試驗裝置，該裝置可以提供恒定的冷卻水，使其作用在受火試件上，進而模擬遇水冷卻對受火混凝土的損傷影響。該裝置可通過更換試件支架支腿的高度，來改變受火混凝土試件與冷卻水的接觸面積，操作簡單，冷卻水穩定，廢水可回收，節約資源。

本發明的第一個目的是通過以下技術方案實現的，用于模擬混凝土高溫火災后遇水作用試驗的裝置，包括工作臺，在工作臺上放置廢水回收箱、冷卻裝置，冷卻裝置上設有進水口和出水口，廢水回收箱用于收集冷卻裝置出水口流出的水；冷卻裝置內放置試件支架，通過改變試件支架的高度，來改變受火混凝土試件與冷卻水的接觸面積，進而改變受火混凝土試件的冷卻面積。

優選的，所述冷卻裝置出水口高度大于冷卻裝置進水口高度。

優選的，所述冷卻裝置內的試件支架高度低于冷卻裝置出水口高度，冷卻裝置內的試件支架高度大于冷卻裝置進水口高度。

優選的，所述冷卻裝置出水口為長條形，出水口長度大于試件支架的長度。

優選的，所述工作臺水平設置。

本發明的第二個目的是通過以下技術方案實現的，用于模擬混凝土高溫火災后遇水作用試驗的測試方法，包括以下步驟：

1）將自來水連接冷卻裝置的進水口；

2）打開水龍頭，控制好自來水閥門，水流量控制在0.05到0.1升/秒以內，冷卻裝置內不斷進水；

3）待冷卻裝置出水口溢出水時，根據受火混凝土試件與冷卻水所需的接觸面積，改變試件支架的高度，再將受火后試件放置在試件支架上，記錄冷卻時間，通過改變試件支架的高度，來改變受火混凝土試件與冷卻水的接觸面積，進而改變受火混凝土試件的冷卻面積。

優選的，所述受火混凝土試件的冷卻面積與試件支架高度之間的關系為：

s=l²+4l（200—d）

式中：s——標準立方體受火混凝土試件的冷卻面積，mm²；

l——標準立方體受火混凝土試件的邊長，mm；

d——試件支架的高度，50mm<d≤200mm。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

第一，該裝置可進行自然冷卻和遇水冷卻對高溫火災后混凝土損傷影響的對比試驗，該試驗只需將高溫處理后的同種混凝土試件，分出兩部分，分別在自然狀態下冷卻和使用該裝置在相應時間內遇水冷卻。

也可以進行不同冷卻時間對高溫火災后混凝土損傷影響的對比試驗，該試驗只需將高溫處理后的同種混凝土試件，分成若干部分，控制每一部分的冷卻時間即可。

同樣也可以進行不同冷卻面積對高溫火災后混凝土損傷影響的對比試驗，該試驗只需將高溫處理后的同種混凝土試件，分成若干部分，在相應的同一冷卻時間內，控制每一部分冷卻面積即可。

最后將上述冷卻處理后的各試件分別進行殘余抗壓強度、殘余劈裂抗拉強、彈性模量、應力-應變和質量損失等試驗，并分別記錄試驗結果，再對試樣的損傷機理以及強度變化進行分析。

第二，本發明具有以下突出的優點：①可以提供恒定的冷卻水體來進行試驗；②可以簡便穩定地改變受火混凝土的冷卻面積；③可以回收試驗廢水，減少浪費水資源。

第三，本發明實現的模擬試驗以恒定的冷卻水作用高溫后的混凝土試件上，根據檢測各個冷卻制度下高溫后混凝土試件，可以研究該條件下混凝土內外部的損傷情況、混凝土強度變化規律、混凝土變形規律、以及耐久性變化規律等等。

第四，該裝置價格低廉、結構簡單，測試方法操作簡便、安全可靠、性能穩定、適用性強。測試方法中的裝置能精確地調節受火試件與冷卻水的接觸面積，可研究自然冷卻和遇水冷卻、不同冷卻時間、不同冷卻面積對高溫火災后混凝土損傷影響。根據檢測各個冷卻制度下高溫后混凝土試件，研究該條件下混凝土內外部的損傷情況、混凝土強度變化規律、混凝土變形規律、以及耐久性變化規律等等。

附圖說明

圖1為本發明用于測試混凝土高溫火災后混凝土性能劣化的模擬試驗裝置的一種結構示意圖。

圖2為本發明的冷卻裝置的正視圖；

圖3為本發明的冷卻裝置的左視圖；

圖4為本發明的冷卻裝置的俯視圖；

圖中：1工作臺、2冷卻裝置、3廢水回收箱、4試件支架。

具體實施方式

一、測試裝置準備：

如圖1所示，在水平工作臺1上，放置冷卻裝置2，冷卻裝置2內放置試件支架4，將廢水回收箱3放在冷卻裝置2的出水口處，以便回收試驗廢水。再將自來水連接冷卻裝置2的入水口處。

如需改變受火混凝土試件的冷卻面積s，只需改變試件支架支腿的高度d。

s=l²+4l（200—d）

式中：s——標準立方體受火混凝土試件的冷卻面積（mm²）

l——標準立方體受火混凝土試件的邊長（mm）

d——試件支架支腿的高度（50mm<d≤200mm）

二、試樣準備：

準備所需類別的混凝土（如c40聚乙烯纖維混凝土），將此纖維混凝土進行高溫受火處理（如進行800℃恒溫兩小時處理）。

三、不同冷卻制度對高溫火災后混凝土的性能劣化影響試驗：

1、自然冷卻和遇水冷卻對高溫火災后混凝土損傷影響的對比試驗

將高溫處理后的試件分成兩部分，一部分在自然環境下自然冷卻24h，另一部分使用本裝置進行遇水冷卻，冷卻時要統一恒定的冷卻時間和冷卻面積，冷卻后在自然環境下靜置24h。將冷卻后的試件進行編號，分別進行殘余抗壓強度、殘余劈裂抗拉強、彈性模量、應力-應變和質量損失等試驗，并分別記錄試驗結果，再對兩種冷卻制度下的試樣進行損傷機理以及強度變化分析。

2、不同冷卻時間對高溫火災后混凝土損傷影響的對比試驗

確定好冷卻時間的時間段，根據時間段將高溫處理后的試件分成若干部分，對每個部分進行編號，在確定好的時間內進行冷卻。將冷卻后的試件分別進行殘余抗壓強度、殘余劈裂抗拉強、彈性模量、應力-應變和質量損失等試驗，并分別記錄試驗結果，再對以不同冷卻時間處理的試樣進行損傷機理以及強度變化分析。

3、不同冷卻面積對高溫火災后混凝土損傷影響的對比試驗

該試驗只需將高溫處理后的同種混凝土試件，分成若干部分，在相應的同一冷卻時間內，根據公式s=l²+4l（200—d）控制每一部分冷卻面積即可。將冷卻后的試件分別進行殘余抗壓強度、殘余劈裂抗拉強、彈性模量、應力-應變和質量損失等試驗，并分別記錄試驗結果，再對以不同冷卻面積處理的試樣進行損傷機理以及強度變化分析。