一种用于模拟混凝土高温火灾后遇水作用试验的装置及其测试方法与流程

本发明属于土木工程材料测试技术领域，主要涉及混凝土材料在高温作用后进行遇水冷却处理的试验技术。

背景技术：

火灾是严重威胁人类生命和发展的主要灾害之一。当火灾发生后，消防队员进行灭火救援时，一些受火混凝土建筑结构由于受到消防水的作用，其性能会发生很大的变化。消防救援时，消防水会使受火混凝土建筑遇水冷却，结构温度骤降，且产生较大的温度应力，导致结构强度下降和表观产生损伤。因温度应力给建筑结构带来的内外部损伤，可能会导致其整体失稳或失去安全性。

对于高温后混凝土以遇水冷却来进行模拟火灾消防，目前还没有可靠统一的测试方法和标准进行参考和指导。前人对高温混凝土的冷却制度主要有自然冷却和遇水冷却，而遇水冷却多为洒水冷却、喷淋冷却和浸水冷却等。高温后混凝土的遇水冷却是个较为复杂的损伤过程，不同的水作用压力、水作用面积、水作用时间以及作用水的温度都会对混凝土产生不同的损伤影响。而前人现有试验方法存在以下缺陷：1.对高温后混凝土进行喷淋和洒水冷却会带来水压力作用，水流会冲击混凝土，带来不必要的冲击损伤，增大了试验误差。2.试验时无法保证遇水冷却的作用面积，作用面积不同带来的损伤也会不同，进而也会增大试验误差。3.若进行浸水冷却，由于受火后混凝土温度很高，会使冷却水温度升高，在进行试验时水的温度也会带来试验误差，若及时换水则会增加试验的时间，效率不高。由于以上试验方法有很多缺陷，且试验者试验时也无法精确把握，使得试验结果离散性大、可靠性低，也不能形成系列的理论体系。

技术实现要素：

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明目的是为高温后混凝土遇水冷却提供一种装置和测试方法，也为火灾消防提供一种用于模拟混凝土高温火灾后遇水作用性能劣化的模拟试验装置，该装置可以提供恒定的冷却水，使其作用在受火试件上，进而模拟遇水冷却对受火混凝土的损伤影响。该装置可通过更换试件支架支腿的高度，来改变受火混凝土试件与冷却水的接触面积，操作简单，冷却水稳定，废水可回收，节约资源。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的，用于模拟混凝土高温火灾后遇水作用试验的装置，包括工作台，在工作台上放置废水回收箱、冷却装置，冷却装置上设有进水口和出水口，废水回收箱用于收集冷却装置出水口流出的水；冷却装置内放置试件支架，通过改变试件支架的高度，来改变受火混凝土试件与冷却水的接触面积，进而改变受火混凝土试件的冷却面积。

优选的，所述冷却装置出水口高度大于冷却装置进水口高度。

优选的，所述冷却装置内的试件支架高度低于冷却装置出水口高度，冷却装置内的试件支架高度大于冷却装置进水口高度。

优选的，所述冷却装置出水口为长条形，出水口长度大于试件支架的长度。

优选的，所述工作台水平设置。

本发明的第二个目的是通过以下技术方案实现的，用于模拟混凝土高温火灾后遇水作用试验的测试方法，包括以下步骤：

1）将自来水连接冷却装置的进水口；

2）打开水龙头，控制好自来水阀门，水流量控制在0.05到0.1升/秒以内，冷却装置内不断进水；

3）待冷却装置出水口溢出水时，根据受火混凝土试件与冷却水所需的接触面积，改变试件支架的高度，再将受火后试件放置在试件支架上，记录冷却时间，通过改变试件支架的高度，来改变受火混凝土试件与冷却水的接触面积，进而改变受火混凝土试件的冷却面积。

优选的，所述受火混凝土试件的冷却面积与试件支架高度之间的关系为：

s=l²+4l（200—d）

式中：s——标准立方体受火混凝土试件的冷却面积，mm²；

l——标准立方体受火混凝土试件的边长，mm；

d——试件支架的高度，50mm<d≤200mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，该装置可进行自然冷却和遇水冷却对高温火灾后混凝土损伤影响的对比试验，该试验只需将高温处理后的同种混凝土试件，分出两部分，分别在自然状态下冷却和使用该装置在相应时间内遇水冷却。

也可以进行不同冷却时间对高温火灾后混凝土损伤影响的对比试验，该试验只需将高温处理后的同种混凝土试件，分成若干部分，控制每一部分的冷却时间即可。

同样也可以进行不同冷却面积对高温火灾后混凝土损伤影响的对比试验，该试验只需将高温处理后的同种混凝土试件，分成若干部分，在相应的同一冷却时间内，控制每一部分冷却面积即可。

最后将上述冷却处理后的各试件分别进行残余抗压强度、残余劈裂抗拉强、弹性模量、应力-应变和质量损失等试验，并分别记录试验结果，再对试样的损伤机理以及强度变化进行分析。

第二，本发明具有以下突出的优点：①可以提供恒定的冷却水体来进行试验；②可以简便稳定地改变受火混凝土的冷却面积；③可以回收试验废水，减少浪费水资源。

第三，本发明实现的模拟试验以恒定的冷却水作用高温后的混凝土试件上，根据检测各个冷却制度下高温后混凝土试件，可以研究该条件下混凝土内外部的损伤情况、混凝土强度变化规律、混凝土变形规律、以及耐久性变化规律等等。

第四，该装置价格低廉、结构简单，测试方法操作简便、安全可靠、性能稳定、适用性强。测试方法中的装置能精确地调节受火试件与冷却水的接触面积，可研究自然冷却和遇水冷却、不同冷却时间、不同冷却面积对高温火灾后混凝土损伤影响。根据检测各个冷却制度下高温后混凝土试件，研究该条件下混凝土内外部的损伤情况、混凝土强度变化规律、混凝土变形规律、以及耐久性变化规律等等。

附图说明

图1为本发明用于测试混凝土高温火灾后混凝土性能劣化的模拟试验装置的一种结构示意图。

图2为本发明的冷却装置的正视图；

图3为本发明的冷却装置的左视图；

图4为本发明的冷却装置的俯视图；

图中：1工作台、2冷却装置、3废水回收箱、4试件支架。

具体实施方式

一、测试装置准备：

如图1所示，在水平工作台1上，放置冷却装置2，冷却装置2内放置试件支架4，将废水回收箱3放在冷却装置2的出水口处，以便回收试验废水。再将自来水连接冷却装置2的入水口处。

如需改变受火混凝土试件的冷却面积s，只需改变试件支架支腿的高度d。

s=l²+4l（200—d）

式中：s——标准立方体受火混凝土试件的冷却面积（mm²）

l——标准立方体受火混凝土试件的边长（mm）

d——试件支架支腿的高度（50mm<d≤200mm）

二、试样准备：

准备所需类别的混凝土（如c40聚乙烯纤维混凝土），将此纤维混凝土进行高温受火处理（如进行800℃恒温两小时处理）。

三、不同冷却制度对高温火灾后混凝土的性能劣化影响试验：

1、自然冷却和遇水冷却对高温火灾后混凝土损伤影响的对比试验

将高温处理后的试件分成两部分，一部分在自然环境下自然冷却24h，另一部分使用本装置进行遇水冷却，冷却时要统一恒定的冷却时间和冷却面积，冷却后在自然环境下静置24h。将冷却后的试件进行编号，分别进行残余抗压强度、残余劈裂抗拉强、弹性模量、应力-应变和质量损失等试验，并分别记录试验结果，再对两种冷却制度下的试样进行损伤机理以及强度变化分析。

2、不同冷却时间对高温火灾后混凝土损伤影响的对比试验

确定好冷却时间的时间段，根据时间段将高温处理后的试件分成若干部分，对每个部分进行编号，在确定好的时间内进行冷却。将冷却后的试件分别进行残余抗压强度、残余劈裂抗拉强、弹性模量、应力-应变和质量损失等试验，并分别记录试验结果，再对以不同冷却时间处理的试样进行损伤机理以及强度变化分析。

3、不同冷却面积对高温火灾后混凝土损伤影响的对比试验

该试验只需将高温处理后的同种混凝土试件，分成若干部分，在相应的同一冷却时间内，根据公式s=l²+4l（200—d）控制每一部分冷却面积即可。将冷却后的试件分别进行残余抗压强度、残余劈裂抗拉强、弹性模量、应力-应变和质量损失等试验，并分别记录试验结果，再对以不同冷却面积处理的试样进行损伤机理以及强度变化分析。