硫酸鹽環(huán)境下海水海砂鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度研究

李瑩

摘 要：為了考察硫酸鹽環(huán)境下海水海砂鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度的退化規(guī)律，通過開展海水海砂鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度試驗，并以普通混凝土為對比試件，分析鋼纖維體積率、硫酸鹽腐蝕時間對鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。試驗結(jié)果表明：硫酸鹽環(huán)境。

關(guān)鍵詞：海水;海砂;鋼纖維;硫酸鹽環(huán)境;抗壓強(qiáng)度

1 緒論

根據(jù)《2015-2020年中國破碎設(shè)備行業(yè)市場分析與投資戰(zhàn)略規(guī)劃報告》，中國砂石產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的35%，中國僅2014年砂石需求已經(jīng)達(dá)到140×108t，預(yù)測2030年可達(dá)250×108t[1]。由于過度開采，目前國內(nèi)河沙告急，向海洋環(huán)境獲取混凝土基材資源，已經(jīng)成為國研究的熱點，而由于海水海砂特殊的物質(zhì)組成，海水中的Cl-使得混凝土中鋼筋發(fā)生銹蝕，橫斷面減小，黏結(jié)力減弱[2];海砂中的堿性物質(zhì)又會與混凝土發(fā)生反應(yīng)引起膨脹開裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力降低，加速Cl-再次侵蝕[3]。因此淡化海水海砂成了制備海水海砂混凝土（以下簡稱SRAC）的首先重要環(huán)節(jié)，部分學(xué)者不注重海水海砂混凝土的淡化，轉(zhuǎn)向在混凝土基材中摻入鋼纖維，用鋼纖維的界面“橋連”作用強(qiáng)化混凝土的損傷破壞[4]。因此可以說海水海砂鋼纖維混凝土的力學(xué)性能是由于海水海砂和鋼纖維二者共同作用的結(jié)果。

目前罕為見到硫酸鹽環(huán)境下海水海砂鋼纖維混凝土的力學(xué)性能試驗，相關(guān)研究亟待開展，因此本文通過以纖維體積率、硫酸鹽腐蝕時間為參數(shù)，并以普通混凝土（以下簡稱NAC）為對比試件，考察以上2個參數(shù)對海水海砂剛纖維混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

2 試驗過程

2.1 試驗原材料

水泥采用國標(biāo)P·O 42.5硅酸水泥;鋼纖維采用L型弓型鋼纖維，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到600MPa;天然河砂：中砂（大洋河豐仁砂場），細(xì)度模數(shù)2.5;海砂：細(xì)砂（靈壽縣健之源礦產(chǎn)品加工廠），細(xì)度模數(shù)2.24，氯離子含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為0.087%，貝殼含量為2.31%;天然粗骨料碎石：5-40mm（黃土坎豐達(dá)石場）;減水劑-STA-PCA（沈陽斯達(dá)博材料有限公司），減水率為15%;粉煤灰-I級（丹東華能電廠）;水：取自飲用水;海水：取自大連市星海灣天然海水?；炷恋呐浜媳燃安牧衔锢砹W(xué)性能如下表所示。

2.2 鋼纖維配置

根據(jù)國內(nèi)外鋼纖維體積率經(jīng)驗，配置鋼纖維體積率為0%、0.5%、1%、1.5%。并按照上表配比，做好尺寸為150×150×150cm3的NAC和SRAC試件。

2.3 試驗方法

試件按照標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生室環(huán)境進(jìn)行養(yǎng)生，28天后，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》（GB/T50081-2016）[5]開展相應(yīng)力學(xué)性能檢測。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 試驗現(xiàn)象

當(dāng)荷載加載至破壞強(qiáng)度，普通混凝土已經(jīng)在試件中部崩裂破壞，出現(xiàn)四角錐破壞形式，見圖1（a）所示。而摻入鋼纖維的混凝土試件，韌性得到明顯增強(qiáng)，試件承載力得到增強(qiáng)，破壞較為溫柔，試件出現(xiàn)少量裂隙，見圖1（b）所示。

3.2 試驗結(jié)果分析

由圖2可見，隨著混凝土強(qiáng)度等級提高，立方體抗壓強(qiáng)度增加，且隨著鋼纖維含量提升，抗壓強(qiáng)度亦隨之提升。海水海砂混凝土抗壓強(qiáng)度總體上低于普通混凝土，在相同鋼纖維含量下，分別低于普通混凝土11.71%、8.99%、8.54%和12.64%，隨著鋼纖維含量增加，這種差距逐漸縮小，但在1.5%含量下，產(chǎn)生數(shù)據(jù)突變。

從圖3可以看到，隨著鋼纖維體積率的增加，立方體抗壓強(qiáng)度得到逐漸提升，且普通混凝土要遠(yuǎn)高于海水海砂混凝土。這是鋼纖維的“弓”字結(jié)構(gòu)帶來的影響，使得混凝土基材與鋼纖維界面過渡區(qū)產(chǎn)生搭接結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)混凝土內(nèi)部韌性及抗拉性能。

4 結(jié)論

（1）隨著鋼纖維體積率的增加，立方體抗壓強(qiáng)度得到逐漸提升，且普通混凝土要遠(yuǎn)高于海水海砂混凝土。

（2）隨著硫酸鹽環(huán)境的腐蝕，立方體抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。

（3）硫酸鹽環(huán)境下，鋼纖維體積率的最佳分散比為1.5%。

參考文獻(xiàn)：

[1]ALI-AHMAD M，SUBRAMANIAM K，GHOSN M.Experimental investigation and fracture analysis of debonding between concrete and FRP sheets[J].J EngG Mech，2006，132：914-923.

[2]李杉.環(huán)境與荷載共同作用下FRP加固混凝土耐久性[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

[3]王蘇巖，李璐希，洪雷.荷載與凍融循環(huán)對CFRP-高強(qiáng)混凝土黏結(jié)性能影響[J].建筑材料學(xué)報，2016（06），479-484.

[4]American Society of Civil Engineers（ASCE）.Report card for Americas infrastructure.ASCE;2005.

[5]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50081-2016）[S].北京：中國建筑科學(xué)研究院，2016.