聚丙烯纤维混凝土高温传热性能多尺度计算模型

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230227

摘要/Abstract

摘要：

聚丙烯纤维被广泛应用于高性能水泥基材料中以减轻结构的高温损伤，但是其高温传热参数的计算与预测仍缺乏有效的模型.基于复合材料均一化方法，提出了聚丙烯纤维混凝土高温传热性能的精细化多尺度计算模型，充分考虑了聚丙烯纤维高温下的体积变化以及纤维熔化后的松弛效应对混凝土导热系数的影响.基于试验结果的验证可知，提出的计算模型可以很好地预测聚丙烯纤维混凝土高温下的传热性能.此外，通过模型参数敏感性分析，发现聚丙烯纤维的传热性能和纤维形状对等效导热系数的影响不大，而纤维掺量是影响等效导热系数的主要因素.分析结果对于纤维混凝土的传热性能设计有一定的参考价值.

关键词: 纤维混凝土, 传热性能, 高温, 均一化方法, 松弛效应

Abstract:

Polypropylene fibers are widely used in high-performance cement-based materials to reduce the high-temperature damage of structures. However， the calculation and prediction of thermal transfer parameters for polypropylene fiber reinforced concrete at high temperature still lack an effective model. Based on the homogenization method of composite materials， a refined multiscale calculation model was proposed to estimate the equivalent thermal conductivity of polypropylene fiber reinforced concrete at high temperature， which fully considered the influence of the volume change of polypropylene fiber at high temperature and the relaxation effect after fiber melting. As verified by experimental results， the proposed calculation model can accurately predict the thermal conductivity of polypropylene fiber reinforced concrete as a function of temperature. In addition， the thermal transfer properties and shape of polypropylene fiber have little effect on the equivalent thermal conductivity， while the fiber content is the main influence factor through model parameter sensitivity analysis. The analysis results provide a reference for the thermal design of fiber reinforced concrete.

Key words: fiber reinforced concrete, heat transfer properties, high temperature, homogenization method, relaxation effect

中图分类号:

TU 528.572

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图/表 5

图1 聚丙烯纤维混凝土微细观结构的多尺度划分和组分构成示意图（a）—尺度I：水泥净浆；（b）—尺度II：水泥砂浆/混凝土；（c）—尺度III：聚丙烯纤维混凝土.

Fig. 1 Multiscale division and composition schematic diagram of the microstructures of polypropylene fiber reinforced concrete

图2 水泥净浆等效导热系数随水灰比和温度的变化（a）—水灰比；（b）—温度.

Fig. 2 The variations of equivalent thermal conductivity of cement paste with respect to water-to-cement ratio and temperature

图3 水泥砂浆等效导热系数随细骨料体积分数和温度的变化（a）—细骨料体积分数；（b）—温度.

Fig. 3 The variations of equivalent thermal conductivity of cement mortar with respect to volume fractions of the fine aggregate and temperature

图4 聚丙烯纤维混凝土等效导热系数随纤维体积分数和温度的变化（a）—聚丙烯纤维体积分数；（b）—温度.

Fig. 4 The variations of equivalent thermal conductivity of polypropylene fiber reinforced concrete with respect to volume fraction of polypropylene fiber and temperature

图5 聚丙烯纤维混凝土等效导热系数随温度和纤维长径比的变化（a）—温度；（b）—聚丙烯纤维长径比.

Fig. 5 The variations of equivalent thermal conductivity of polypropylene fiber reinforced concrete with respect to temperature and aspect ratio of polypropylene fiber

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