多尺寸聚丙烯纤维混凝土抗冻性试验研究

摘要

抗冻性是混凝土材料的一个重要指标。特别是处于寒冷地区的钢筋混凝土公路路面、桥墩和水工构筑物等，在运营一段时间后，会出现混凝土强度降低、开裂、剥落等情况。普通混凝土存在着耐久性差、强度不高等缺点。在水泥基体中掺入聚丙烯纤维，是提高混凝土耐久性和力学性能的有效途径之一。本文选用1种尺寸的聚丙烯粗纤维和2种尺寸的聚丙烯细纤维，在相同配合比和拌合工艺的条件下进行单掺及混掺，通过快速冻融循环试验、拉压力学性能试验、核磁共振试验及电镜扫描试验，对多尺寸聚丙烯纤维混凝土的抗冻性、拉压力学性能、冻融破坏机理以及冻融损伤预测模型等进行了研究。主要研究内容和成果如下：
　　①对多尺寸聚丙烯纤维混凝土进行冻融循环试验。试验结果表明：单掺聚丙烯粗纤维对混凝土抗剥落能力产生负效应，单掺细纤维或混掺粗细纤维均能提高混凝土抗剥落能力，并且在总掺量相同的条件下，细纤维比例越多，抗剥落能力越好，其中，多尺寸聚丙烯纤维混凝土试件抗剥落能力最好。通过测试混凝土在不同冻融循环次数下的质量损失率以及相对动弹性模量可知，多尺寸聚丙烯纤维混凝土抗冻性最优，其次是混掺两种纤维的混凝土，其抗冻性优于单掺聚丙烯纤维混凝土，素混凝土抗冻性最差。
　　②对200次冻融循环前、后的多尺寸聚丙烯纤维混凝土试件分别进行拉压力学性能试验。结果表明：掺入纤维的混凝土试件抗压、劈裂强度损失率均低于素混凝土试件；单掺聚丙烯纤维试件抗压、劈裂强度损失率仅略低于素混凝土；对于纤维总掺量相同的混掺试件，其强度损失率均低于素混凝土和单掺纤维混凝土试件，其中多尺寸聚丙烯纤维混凝土试件的抗压、劈裂抗拉强度损失率均远低于混掺两种纤维的混凝土试件，并且，细纤维比例越大，强度损失率越低。
　　③通过核磁共振试验研究多尺寸聚丙烯纤维混凝土的孔结构。结果表明：加入纤维后，混凝土的最可几孔径大幅度减小。其次，加入纤维后，混凝土基体中无害孔的比例将得到提高，少害孔和有害孔的比例将下降，混凝土基体的孔结构得到改善。并且，在相同纤维掺量条件下，细纤维比例越大，纤维直径越小，对孔结构改善效果越明显。
　　④根据抗冻性能试验结果并结合核磁共振试验以及电镜扫描探讨多尺寸聚丙烯纤维混凝土冻融破坏机理。结果表明：纤维加入基体后主要起到两个作用，首先，加入纤维后，能够有效改善混凝土基体的孔结构。其次，由纤维组成的空间网架结构还能起到阻裂增韧作用，在混凝土浇筑初期，阻止混凝土的早期开裂；在冻融过程中，随着有害孔逐渐增多，并不断贯通形成微裂缝，纤维将减缓微裂缝的形成及贯通，从而减缓其动弹性模量的降低速度。
　　⑤基于动弹性模量，分别建立二参数Weibull概率分布冻融损伤演变方程、一元三次函数型和双指数型混凝土冻融损伤经验模型。结果表明：双指数型混凝土冻融损伤模型拟合精度最高，能较好的描述不同纤维掺量条件下混凝土的冻融损伤程度。通过双指数模型预测了纤维混凝土能承受的最大冻融次数，其中，素混凝土试件A0仅能抵抗280次冻融循环，抗冻性最低，多尺寸聚丙烯纤维混凝土试件A8抗冻性最好，最大冻融循环次数为380次。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展及现状

1.3 本文研究内容、技术路线

2 多尺寸聚丙烯纤维混凝土抗冻性能试验

2.1 引言

2.2 冻融循环试验装置及配合比

2.3 冻融循环试验过程

2.4 冻融循环试验结果及分析

2.5 本章小结

3 多尺寸聚丙烯纤维混凝土冻融前后拉压性能试验

3.1 引言

3.2 多尺寸聚丙烯纤维混凝土抗压性能试验

3.3 多尺寸聚丙烯纤维混凝土劈裂抗拉性能试验

3.4 本章小结

4 多尺寸聚丙烯纤维混凝土冻融破坏机理分析

4.1 引言

4.2 混凝土冻融破坏理论及纤维增强机理

4.3 核磁共振试验

4.4 纤维混凝土冻融破坏机理分析

4.5 本章小结

5 多尺寸聚丙烯纤维混凝土冻融损伤预测模型研究

5.1 引言

5.2 混凝土损伤理论

5.3 几种常见的混凝土冻融损伤预测模型

5.4 多尺寸聚丙烯纤维混凝土损伤预测模型

5.5 多尺寸聚丙烯纤维混凝土最大冻融循环次数预测

5.6 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录

作者在攻读学位期间发表的论文及专利