高温环境下混凝土失稳预警有了定量新方法

高温环境下混凝土失稳预警有了定量新方法

近日，四川轻化工大学土木工程学院副教授雷瑞德团队聚焦高温环境下改性混凝土力学性能与断裂预警方向，取得研究新进展。相关成果发表于《建筑与建筑材料》。

火灾、爆炸等突发事件使混凝土结构承受陡峭温度梯度，胶凝材料脱水与骨料热分解导致损伤持续累积，结构在极端服役条件下的安全评估与失稳预警成为工程难题。纳米SiO 2 能够填充水泥基体微孔与固有缺陷、提升密实度和高温强度，但会降低基体韧性，使混凝土在外部荷载或温度骤变下更易发生不可控裂纹扩展与突发脆性破坏。现有基于声发射（AE）的预警方法多依赖单一且易受环境噪声干扰的定性指标，忽略了微裂纹演化的随机性，难以满足工程应用对高精度预警准确性与鲁棒性的要求。

针对上述难题，团队提出“纳米SiO 2 —聚乙烯纤维协同改性+多指标融合突变预警”的研究思路：以纳米SiO 2 与聚乙烯纤维复合改性混凝土，试件经200℃、400℃、600℃高温处理并急速冷却后开展单轴压缩试验，同步采用声发射（AE）与数字图像相关（DIC）技术实时监测；在此基础上以尖点突变理论为物理框架，引入随机微分方程与概率密度函数对其进行改进，通过熵权法客观确定指标权重，构建了融合AE能量方差、弹性耗能比、AE振铃计数率函数与应变场分化率四项指标的综合预警模型。

定量对比表明，多指标融合模型的预警区间紧密集中于峰值应力附近：常温下为0.96σp–0.98σp，200 ℃下为0.97σp–0.98σp，400 ℃下为0.98σp–0.99σp，600 ℃下为0.96σp–0.98σp，全部预警点均位于0.90σp以上。常温条件下，该模型前兆响应系数（PRC）达95.2%，误报区间为零，预警提前时间58s，均优于AE b值、AE能量方差、应变场分化率及单指标突变模型；相比单指标模型，最大预警区间宽度收窄约0.9%，且仅产生单一预警区间，避免了单指标模型在加载中段频繁出现多个候选预警点、易致误报漏报的问题。

该研究成果为高温及火灾环境下混凝土结构的损伤评估与失稳预警提供了可在不同温度工况间统一使用的定量方法，可为建筑、隧道等混凝土结构在极端服役条件下的安全监测与预警策略制定提供参考。研究同时指出，多指标模型建模流程相对复杂，需依赖熵权法确定权重并对多源数据归一化，对数据质量与样本量要求更高，工程应用中需在预警精度与实施成本之间加以权衡。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2026.148330

主题：结构在极端服役条件下