冻融循环对聚丙烯纤维混凝土的影响

冻融循环对聚丙烯纤维混凝土的影响

冷融破坏是混凝土结构运行中的主要疾病之一。在中国北方寒冷地区，混凝土结构、水库和港口码头通常受到不同程度的破坏。冷融和环氧化对主要影响，目前，我国对混凝土固产破坏的机理和工程固产浪费的评价取得了一定的科研成果，但大部分研究主要集中在普通混凝土上。纤维混凝土具有增强、抗裂隙和良好的耐寒性。本文的重点是冷融损伤的性能。1试验总结1.1试验配合比和材料聚丙烯纤维混凝土设计强度等级C30,采用32.5普通硅酸盐水泥,水灰比0.48.细骨料为中粗河砂,细度模数2.9,含泥量不大于2%.粗骨料为粒径5～20mm的碎石.纤维采用美国兄弟公司生产的杜拉纤维,纤维掺量为试验参数之一.试验配合比见表1.1.2冻融循环试验冻融试验按《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2001)规定的方法,在国产TDRI型混凝土自动快速冻融试验设备上进行.试件尺寸为100mm×100mm×100mm和100mm×100mm×400mm,前者用于测试试件冻融循环后的强度,后者用于测试相对动弹性模量和质量损失.试件中心的冻融温度为(-18±2)℃～(7±2)℃,一个冻融循环历时3.0h左右.冻融试验过程中,试件始终处于全浸泡水状态(饱水状态).冻融循环次数为0,25,50,75次.2试验结果及分析2.1混凝土表面冲突变化冻融循环作用下,混凝土表面形态有所变化.随冻融循环次数的增加,混凝土表面浆皮出现脱落,冻融次数较多时,表面疏松多孔.聚丙烯纤维掺量不同时,其表面破坏形态稍有差别.纤维掺量较高时,表面细小纤维清晰可见,且有粘附的水泥浆体.2.2混凝土质量比较图1、图2反映了冻融循环对聚丙烯纤维混凝土质量损失率和相对动弹模的影响.从图中可以看出,冻融循环次数较少时,混凝土质量不但不损失,反而略有增加;冻融循环至一定次数时,随冻融循环次数的增加,混凝土质量损失逐渐增加,冻融循环75次时,质量损失率不超过5%.随循环次数的增加,相对动弹性模量逐渐下降,聚丙烯纤维的加入,对相对动弹模的变化有一定影响,但不很明显,冻融循环至75次结束时,相对动弹模高于60%.2.3冻融循环对混凝土力学性能的影响试验中测有冻融循环一定次数后的100mm×100mm×100mm立方体试件的劈拉强度.试验结果表明,冻融循环对聚丙烯纤维混凝土的劈拉强度有较大影响.随冻融循环次数的增加,劈拉强度不断下降.聚丙烯纤维的加入,改善了混凝土的抗冻性能.2.3.1聚丙烯纤维混凝土力学性能为考察冻融循环对聚丙烯纤维混凝土劈拉强度的影响,定义强度损伤变量为D=(1-fnpftf0pft)×100％(1)D=(1−fnpftf0pft)×100％(1)式中,fnptfnptf为聚丙烯纤维混凝土在冻融循环n次后的劈拉强度;f0ptf0ptf为聚丙烯纤维混凝土未经冻融循环的劈拉强度.图3反映了冻融循环对聚丙烯纤维混凝土强度的影响.从图中可以看出,冻融循环对混凝土劈拉强度有较大影响.随冻融循环次数的增加,聚丙烯纤维混凝土的强度损伤不断累积.冻融循环75次时,P0混凝土的强度损伤变量D达到77.7%,虽然此时混凝土的质量损失率和相对动弹模均满足规程规定要求,但混凝土劈拉强度损伤过大,已不满足使用要求.如何寻求质量损失率、相对动弹模与强度损伤变量之间的统一关系,尚需进一步探索.2.3.2聚丙烯纤维掺量对冻融循环作用下混凝土第三通道增加量的影响为反映聚丙烯纤维对混凝土强度的影响,引入强度增益比βnpfnpf:βnpf=fnpftfnmt×100％(2)式中,fnmt为对比普通混凝土在冻融循环n次后的劈拉强度.图4为聚丙烯纤维掺量对冻融循环作用下混凝土劈拉强度增益比的影响.从图中可以看出,随聚丙烯纤维掺量Vf的增加,强度增益比不断提高;冻融循环作用下,聚丙烯纤维的影响更加明显.冻融循环75次时,βnpf最大可达240.5%,有效提高了冻融循环作用下混凝土的劈拉强度.2.4混凝土受冻融循环作用机理混凝土在水饱和状态下,在某一冻结温度时,毛细孔中水结冰,胶凝孔中水处于过冷状态.水结成冰,使混凝土发生膨胀;另外,由于胶凝孔中处于过冷状态的水分子向压力毛细孔中冰的界面处渗透,于是在毛细孔中又产生一种渗透压力.由此可见,处于饱和状态的混凝土受冻时,其毛细孔壁同时承受膨胀和渗透2种压力,当这2种压力超过混凝土的抗拉强度时混凝土就会开裂,反复冻融循环后,混凝土中的裂缝会相互贯通,其强度也会逐渐降低,最后甚至会完全丧失,使混凝土由表及里遭受破坏.混凝土中加入一定量均匀分布的聚丙烯纤维,纤维的存在能推迟冻融循环作用下裂缝应力集中区向混凝土基体内部扩展,抑制混凝土早期塑性开裂及冻胀压力引起的裂纹,进而延缓冻融作用对混凝土性能的劣化.3冻融循环作用下聚丙烯纤维混凝土第三通道损伤模式分析试验结果表明,冻融循环条件下,聚丙烯纤维混凝土劈拉强度影响因素主要有冻融循环次数、聚丙烯纤维掺量等,参考已有文献对普通混凝土冻融损伤模式的研究,根据对本文试验数据的统计分析,得到冻融循环作用下聚丙烯纤维混凝土劈拉强度损伤模式如下:fnpft=e-n/50.4fmt(1+0.16Vfen/35)(3)式中,fnpft为冻融循环n次后聚丙稀纤维混凝土劈拉强度,MPa;n为冻融循环次数;fmt为对比普通混凝土未经冻融循环的劈拉强度,MPa;Vf为聚丙烯纤维掺量,kg/m3.fnpft实测值与式(3)计算值之比的平均值为1.157,均方差为0.14,变异系数为0.119.4聚丙烯纤维对模板性能的影响1)冻融循环作用下,聚丙烯纤维混凝土损伤不断累积,主要表现为随冻融循环次数的增加,相对动弹模逐渐下降、质量损失率增大和劈