硫酸鹽侵蝕下混雜纖維/橡膠混凝土力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)

劉雨姍, 龐建勇

( 安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，淮南 232001 )

我國(guó)要實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略性目標(biāo)，需要在能源結(jié)構(gòu)上做出改變[1]。不僅要加大對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)和利用，廢棄物的回收過(guò)程更是節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，廢棄輪胎的數(shù)量與日劇增，據(jù)預(yù)測(cè)，到2030 年，每年丟棄的輪胎數(shù)量將達(dá)到50 億個(gè)[2-3]。混凝土作為應(yīng)用最廣泛的建筑材料，低碳化是其未來(lái)發(fā)展的必由之路[4-5]。相關(guān)研究表明，利用廢舊輪胎加工成橡膠顆粒摻入混凝土，高彈性橡膠顆粒作為柔性填充物，可增強(qiáng)混凝土的延性、能量吸收、抗疲勞性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的回收再利用[6-8]。

由于橡膠顆粒的彈性模量相對(duì)砂石骨料較低，橡膠顆粒的加入會(huì)導(dǎo)致混凝土力學(xué)性能降低[9]。為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出在橡膠混凝土中加入高彈性模量的纖維，可彌補(bǔ)橡膠顆粒帶來(lái)的強(qiáng)度損失，同時(shí)進(jìn)一步提高混凝土的延性和韌性[10-12]。Karimipour 等[13]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于橡膠顆粒等體積取代5wt%、10wt%、15wt% 砂的橡膠混凝土，加入2vol%的鋼纖維后，其抗彎強(qiáng)度相較于單摻橡膠顆粒時(shí)可分別提高23%、16%、7%。張偉等[14]研究發(fā)現(xiàn)在橡膠混凝土中復(fù)摻玄武巖纖維束能顯著提高材料的強(qiáng)度和韌性，當(dāng)玄武巖纖維束摻量為0.6vol%～1vol%時(shí)，極限荷載所對(duì)應(yīng)的撓度比單摻10%橡膠粉的試驗(yàn)組提高了30%～110%。Alwesabi等[15]研究發(fā)現(xiàn)在20wt%橡膠摻量的橡膠混凝土中加入混雜纖維(0.1vol%的聚丙烯纖維和0.9vol%的微鋼纖維)，橡膠混凝土的強(qiáng)度較無(wú)纖維組提高達(dá)50%。

在我國(guó)東部沿海地區(qū)和西北地區(qū)，地下土壤和地下水含有大量侵蝕離子，其中硫酸鹽侵蝕是危害水泥基材料耐久性的重要因素[16-17]。一旦混凝土構(gòu)件遭受服役環(huán)境中硫酸鹽腐蝕介質(zhì)的侵蝕，便會(huì)伴隨出現(xiàn)剝落、膨脹、開(kāi)裂和強(qiáng)度損失，威脅結(jié)構(gòu)安全性[18-19]。然而目前對(duì)混雜纖維/橡膠混凝土的耐久性缺乏系統(tǒng)性研究，在硫酸鹽侵蝕環(huán)境下其性能劣化規(guī)律及損傷機(jī)制尚不明確。

基于此，本試驗(yàn)在前期混雜纖維/橡膠混凝土力學(xué)性能研究的基礎(chǔ)上[20]，制備了普通混凝土(NC)和混雜纖維/橡膠混凝土(HF/RC)，采用干濕循環(huán)法模擬混凝土結(jié)構(gòu)服役的自然環(huán)境特點(diǎn)，比較測(cè)試了在質(zhì)量分?jǐn)?shù)5wt%的Na2SO4溶液侵蝕環(huán)境下混凝土試件表觀現(xiàn)象、質(zhì)量、超聲參數(shù)、抗壓強(qiáng)度、應(yīng)力-應(yīng)變曲線和破壞特征，分析材料強(qiáng)度損失和內(nèi)部損傷。采用SEM 和XRD 微觀表征手段，從微觀角度揭示硫酸鹽環(huán)境下HF/RC 性能劣化規(guī)律，為其科學(xué)應(yīng)用及結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 原材料

水泥選用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥。粗骨料選用級(jí)配連續(xù)粒徑5～15 mm 的碎石，表觀密度為2 780 kg/m3。細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)2.6 的中粗砂。減水劑選用陜西秦奮建材廠產(chǎn)HPWR 型高性能減水劑。試驗(yàn)選用橡膠顆粒由廢舊輪胎經(jīng)切割、粉碎制成，粒徑依次為0～0.85 mm、1～3 mm 和3～6 mm，如圖1 所示。纖維選用長(zhǎng)度為18 mm 的玄武巖纖維及長(zhǎng)度為12 mm 的聚乙烯醇纖維，性能指標(biāo)列于表1，其外觀如圖2 所示。

表1 纖維基本物理力學(xué)性能參數(shù)Table 1 Basic physical and mechanical parameters of fibers

圖1 橡膠顆粒表觀形貌Fig.1 Appearance of rubber particles

圖2 纖維表觀形貌Fig.2 Appearance of fibers

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混雜纖維/橡膠混凝土(HF/RC)的配合比根據(jù)前期試驗(yàn)研究確定[20]?；谡辉囼?yàn)方法，考慮橡膠顆粒粒徑、橡膠顆粒摻量、玄武巖纖維摻量和聚乙烯醇纖維摻量4 因素，各因素設(shè)計(jì)3 水平。橡膠粒徑分別為0～0.85 mm、1～3 mm 和3～6 mm；橡膠摻量分別為10%、20% 和30%；玄武巖纖維摻量分別為0.1vol%、0.2vol% 和0.3vol%；聚乙烯醇纖維摻量分別為0.1vol%、0.2vol% 和0.3vol%，其中橡膠摻量以橡膠顆粒等體積取代細(xì)骨料計(jì)算，纖維摻量以體積率計(jì)算。利用L9(34)正交試驗(yàn)表進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，具體數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 混凝土配合比Table 2 Mixing proportions of concrete

依據(jù)GB/T 50081-2019[21]測(cè)試了混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 天后試件的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯龌炷猎嚰目箟簭?qiáng)度隨橡膠摻量的增加不斷降低，隨混雜纖維摻量總量的增加呈現(xiàn)先增后減。依據(jù)功效系數(shù)法得到最佳配比為4#[20]，其28 天抗壓強(qiáng)度較NC 降低了5.63%，但劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度較NC 分別提高了20.91%、12.14%。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal experiments

1.3 硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法

以揭示硫酸鹽侵蝕作用下HF/RC 性能劣化規(guī)律為目標(biāo)，HF/RC 配合比選用4#，即以粒徑1～3 mm 橡膠顆粒等體積取代10%的砂(橡膠摻量46.73 kg/m3)，玄武巖纖維體積摻量為0.2vol%(5.26 kg/m3)，聚乙烯醇纖維體積摻量為0.3vol%(3.87 kg/m3)。采用尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的立方體試件，成型1 天后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下(相對(duì)濕度≥95%，溫度為(20±1)℃) 養(yǎng)護(hù)滿28 天取出，擦干表面水分，置于80℃烘箱中烘干48 h，繼而進(jìn)行硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)。

硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt%的Na2SO4溶液，為保證溶液濃度的相對(duì)穩(wěn)定，試驗(yàn)期間每隔30 天進(jìn)行溶液的重新配制與更換，并保持溶液表面高于試件表面2 cm 以上。侵蝕采取干濕循環(huán)方法，即5wt%的Na2SO4溶液16 h+80℃烘干6 h+冷卻2 h 為一次干濕循環(huán)，對(duì)應(yīng)侵蝕時(shí)間1 天。如此進(jìn)行30、60、90、120、180、240 次干濕循環(huán)，達(dá)到設(shè)定侵蝕時(shí)間后，將試件取出進(jìn)行拍照、稱重，采用北京康科瑞公司生產(chǎn)的NM-4B非金屬超聲檢測(cè)儀測(cè)定超聲參數(shù)，采用上海三思縱橫機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的WDW-1000 萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試抗壓強(qiáng)度，同時(shí)針對(duì)部分試件采用日立S-3400N 型掃描電子顯微鏡和日本理學(xué)SMARTLAB9 KW 型X 射線衍射儀進(jìn)行形貌和物相分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸鹽侵蝕下NC、HF/RC 質(zhì)量損失

為直觀反映硫酸鹽侵蝕下NC、HF/RC 試件的宏觀損傷情況，記錄各侵蝕階段下混凝土的表觀形貌，并將質(zhì)量變化率wn作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

其中：wn為混凝土質(zhì)量變化率；mn為侵蝕n天后的試塊質(zhì)量；m0為侵蝕前試塊原始質(zhì)量。

圖3 為不同硫酸鹽侵蝕階段混凝土試件的質(zhì)量變化，圖4 為不同侵蝕階段試件的表觀形貌。

圖3 普通混凝土(NC)和混雜纖維/橡膠混凝土(HF/RC)不同硫酸鹽侵蝕階段質(zhì)量變化Fig.3 Mass fraction of normal concrete (NC) and hybrid fiber reinforced rubber concrete (HF/RC) exposed to different corrosion time

圖4 NC 和HF/RC 不同硫酸鹽侵蝕階段表觀形貌Fig.4 Apparent phenomenon of NC and HF/RC exposed to different corrosion time

2.2 硫酸鹽侵蝕下NC、HF/RC 強(qiáng)度劣化

為分析硫酸鹽侵蝕作用下混凝土強(qiáng)度的損傷情況，依據(jù)GB/T 50082-2009[22]，將抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)Kf作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算如下：

式中：Kfn為侵蝕n天后的試件抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)(%)；fn為侵蝕n天后的試件抗壓強(qiáng)度(MPa)；f0為侵蝕前的試件抗壓強(qiáng)度(MPa)。

圖5 為NC、HF/RC 試件的抗壓強(qiáng)度及耐蝕系數(shù)隨侵蝕時(shí)間的變化曲線?？芍?，兩類混凝土的抗壓強(qiáng)度均隨硫酸鹽侵蝕時(shí)間呈先增后減的趨勢(shì)。對(duì)比NC、HF/RC 試件抗壓強(qiáng)度及耐蝕系數(shù)在侵蝕進(jìn)程中的變化趨勢(shì)可看出，無(wú)論是上升階段還是下降階段，NC 試件的耐蝕系數(shù)均低于HF/RC試件。NC、HF/RC 試件的抗壓強(qiáng)度分別在侵蝕60 天、90 天達(dá)到最大值41.17 MPa、37.80 MPa，分別較侵蝕前增大了7.61%、8.09%。隨著侵蝕的進(jìn)行，試件抗壓強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)侵蝕時(shí)間達(dá)到120 天、150 天時(shí)，NC、HF/RC 耐蝕系數(shù)小于1，說(shuō)明NC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)腐蝕劣化的發(fā)生早于HF/RC。經(jīng)240 天侵蝕后，NC、HF/RC 的耐蝕系數(shù)分別為69.00%、78.87%，表明在硫酸鹽環(huán)境下HF/RC 的耐蝕性優(yōu)于NC。其原因可能在于NC 試件的初始孔隙中大孔相對(duì)較多，能夠快速進(jìn)入淺層孔隙并找到水化產(chǎn)物與之反應(yīng)，侵蝕產(chǎn)物填充于原生孔隙中。橡膠顆粒加入后細(xì)化了孔隙結(jié)構(gòu)，基體中小孔居多，且橡膠顆粒阻礙了毛細(xì)孔的貫通發(fā)育，影響進(jìn)出速率，侵蝕產(chǎn)物生成速率相對(duì)較慢，反應(yīng)所需時(shí)間較長(zhǎng)，因此橡膠顆粒和混雜纖維的存在能夠一定程度增強(qiáng)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的能力[23]。

圖5 NC 和HF/RC 不同硫酸鹽侵蝕階段抗壓強(qiáng)度及耐蝕系數(shù)KfFig.5 Compressive strength and corrosion resistance coefficient Kf of NC and HF/RC exposed to different corrosion time

2.3 硫酸鹽侵蝕下NC、HF/RC 超聲參數(shù)變化

在超聲波穿透混凝土試件的過(guò)程中，波速受各類因素影響，如骨料種類及粒徑、水泥種類及用量、纖維等諸多因素的影響，因此為了減小或消除此類因素對(duì)超聲波傳播過(guò)程的影響，本試驗(yàn)選取相對(duì)波速及損傷度作為內(nèi)部損傷的評(píng)價(jià)參數(shù)[24-25]，計(jì)算如下：

式中：VR為相對(duì)波速；Vn為試件侵蝕n天后的波速(m/s)；V0為試件侵蝕前的波速(m/s)；D為損傷度。

圖6(a)和圖6(b)為不同侵蝕階段兩類混凝土的相對(duì)波速、損傷度與侵蝕時(shí)間的關(guān)系。可看出，隨侵蝕時(shí)間增加，相對(duì)波速VR呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，損傷度D呈上升趨勢(shì)，且變化幅度在侵蝕進(jìn)程中逐步增大。采用合適的函數(shù)進(jìn)行回歸分析，相關(guān)系數(shù)均大于0.98，表明其結(jié)果相關(guān)性較好。

圖6 NC 和HF/RC 硫酸鹽侵蝕時(shí)間與超聲參數(shù)的擬合關(guān)系Fig.6 Fitting relationship between ultrasound parameters and corrosion time of NC and HF/RC

據(jù)圖5 可知試件在侵蝕初期試件抗壓強(qiáng)度和耐蝕系數(shù)略有增長(zhǎng)，由于變化幅度較小，混凝土呈非均質(zhì)性，且超聲波測(cè)試結(jié)果中受諸多因素影響，如試件表面平整度、裂縫等，故未能反映出侵蝕初期內(nèi)部微觀的變化[24]。因此在探討相對(duì)波速VR、損傷度D與耐蝕系數(shù)Kf的關(guān)系時(shí)，對(duì)該區(qū)間內(nèi)的散點(diǎn)數(shù)據(jù)不予考慮。

圖7(a)和圖7(b)分別為兩類混凝土相對(duì)波速VR、損傷度D與耐蝕系數(shù)Kf關(guān)系，進(jìn)行線性回歸分析的結(jié)果顯示相關(guān)系數(shù)均大于0.94，表明相對(duì)波速VR與耐蝕系數(shù)Kf、損傷度D與耐蝕系數(shù)Kf之間存在良好線性關(guān)系，即采用相對(duì)波速及損傷度評(píng)價(jià)混凝土受硫酸鹽侵蝕后的力學(xué)性能合理可行。

圖7 NC 和HF/RC 超聲參數(shù)與耐蝕系數(shù)的擬合關(guān)系Fig.7 Fitting relationship between ultrasound parameters and corrosion resistance coefficient of NC and HF/RC

2.4 硫酸鹽侵蝕下NC、HF/RC 變形

圖8 為NC、HF/RC 試件在不同硫酸鹽侵蝕時(shí)間后的典型荷載-位移曲線?？芍炷恋暮奢d-位移曲線大致可以劃分成壓密階段-彈性階段-彈塑性階段-破壞階段4 個(gè)階段。在侵蝕進(jìn)程中，NC、HF/RC 的荷載-位移曲線變化規(guī)律近乎一致，在侵蝕初期，曲線的峰值隨侵蝕時(shí)間出現(xiàn)上升和前移，峰值荷載處對(duì)應(yīng)的位移略有減小，彈性階段的曲線斜率有所增大。隨著硫酸鹽侵蝕的進(jìn)行，曲線上升段斜率逐漸降低，峰值開(kāi)始下降且后移，曲線形狀變寬。

圖8 NC 和HF/RC 不同硫酸鹽侵蝕階段荷載-位移曲線Fig.8 Load-displacement curves of NC and HF/RC exposed to different corrosion time

對(duì)比同一侵蝕階段下兩種混凝土的荷載-位移曲線可知，HF/RC 曲線與橫軸所圍形狀的面積較NC 曲線更大。計(jì)算開(kāi)始加載至峰值荷載后200 kN段荷載-位移曲線與橫軸所圍面積可知，經(jīng)30 天、120 天、240 天侵蝕后，HF/RC 的荷載-位移曲線形狀面積相對(duì)于NC 分別增加了23.44%、28.84%、330.26%。具體表現(xiàn)為HF/RC 曲線的壓密階段較長(zhǎng)，這可能是由于橡膠顆粒在混凝土中引入了更多的初始孔隙。在曲線達(dá)到峰值后的下降階段可以視為試件中裂縫的失穩(wěn)擴(kuò)展階段。相比于NC試件的荷載迅速跌落，曲線形狀較尖銳，HF/RC試件在此階段曲線的下降斜率較平緩，這是由于橡膠顆粒自身具有良好的延展性及能量吸收能力，同時(shí)錯(cuò)綜交叉的纖維能將裂縫兩端的材料有效連接，維持較完整的受力骨架。

圖9 記錄了各侵蝕階段NC、HF/RC 試件在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中的破壞模式?？芍?，硫酸鹽各侵蝕階段NC 試件破壞時(shí)掉落的碎塊數(shù)量和體積始終大于HF/RC 試件。NC 試件的破壞形態(tài)主要表現(xiàn)為垂直于加載面的通長(zhǎng)寬裂縫，峰值荷載前后突然出現(xiàn)大塊崩裂。HF/RC 試件破壞時(shí)裂縫細(xì)密交錯(cuò)呈織網(wǎng)狀，試件中部呈現(xiàn)出側(cè)向鼓脹，表面裂縫多而密，整體完整性較NC 更好。圖10 為HF/RC試件破裂面的局部放大圖?？梢钥闯觯芽p處有纖維拉拔痕跡，表明纖維在基體中形成的多向空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)試塊產(chǎn)生了環(huán)箍效應(yīng)。同時(shí)，隨著侵蝕時(shí)間的增加，可以觀察到混凝土兩端加載面處碎塊量增加，原因在于硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物的生成削弱了水泥基體的密實(shí)度，試件表層更酥脆。

圖9 NC 和HF/RC 不同硫酸鹽侵蝕階段受壓破壞模式Fig.9 Failure pattern diagram of NC and HF/RC exposed to different corrosion time

圖10 HF/RC 試件破裂面Fig.10 Fracture surface of HF/RC

2.5 硫酸鹽侵蝕下NC、HF/RC 微觀結(jié)構(gòu)特征

硫酸鹽侵蝕作用導(dǎo)致混凝土試件外觀形貌侵蝕剝落、宏觀強(qiáng)度衰減，改變了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。圖11 為NC 侵蝕前后的微觀形貌。在硫酸鹽/干濕循環(huán)初期，SO42-借助對(duì)流、擴(kuò)散及毛細(xì)作用滲入混凝土表層結(jié)合氫氧化鈣(CH)反應(yīng)生成鈣礬石(AFt)，能夠填充原生孔隙，提高基體密實(shí)度，試件質(zhì)量有所增加。同時(shí)，烘干過(guò)程中試件內(nèi)部孔隙水分的蒸發(fā)導(dǎo)致孔隙內(nèi)溶液溶度趨于過(guò)度飽和狀態(tài)，硫酸鹽晶體從飽和溶液中析出，主要以Na2SO4·10H2O 和Ca2SO4·2H2O 晶體的形式存在，并在反復(fù)的干濕交替過(guò)程中不斷堆積。

圖11 NC 不同硫酸鹽侵蝕階段微觀形貌Fig.11 Micro-structures of NC exposed to different corrosion time

隨著侵蝕反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸鹽持續(xù)不斷消耗水泥漿體中的膠凝材料，導(dǎo)致骨料間的膠結(jié)力明顯減弱，基體趨于疏松且出現(xiàn)大量空隙和孔洞。同時(shí)在硫酸鹽結(jié)晶過(guò)程中，Na2SO4·10H2O 和Ca2SO4·2H2O 結(jié)晶分別產(chǎn)生3～4 倍和1.24 倍的體積膨脹[26]。一旦膨脹應(yīng)力的大小開(kāi)始超過(guò)基體所能承受的最大拉應(yīng)力，裂縫隨之萌生。

圖12 和圖13 分別為侵蝕240 天的HF/RC 的XRD 圖譜和試件內(nèi)侵蝕產(chǎn)物的微觀形貌。結(jié)合圖12 和圖13(a)～13(c) 中觀察到的無(wú)水芒硝(Na2SO4在室溫下的穩(wěn)定結(jié)晶體)、板柱狀石膏結(jié)晶(CaSO4)、玫瑰花狀A(yù)Ft 及圖13(d)中大量棒狀、絮狀/團(tuán)簇狀的AFt 和水化硅酸鈣(C-S-H)的混合產(chǎn)物，印證了硫酸鹽/干濕循環(huán)作用下試件的劣化受到硫酸鹽的反復(fù)結(jié)晶與硫酸鹽化學(xué)侵蝕綜合效應(yīng)的結(jié)果。

圖12 硫酸鹽侵蝕混凝土XRD 圖譜Fig.12 XRD patterns of concrete with sulfate attack

圖13 硫酸鹽侵蝕混凝土的微觀形貌Fig.13 Micro-structures of concrete exposed to sulfate attack

相關(guān)研究認(rèn)為硫酸鹽/干濕循環(huán)試驗(yàn)中，造成水泥基材料劣化的主要原因是孔隙中晶體發(fā)育的過(guò)度堆積對(duì)孔壁造成擠壓[26-27]。依據(jù)這一假設(shè)，結(jié)晶應(yīng)力主要是由硫酸鈉晶體的相變轉(zhuǎn)化引起，即干燥條件下的無(wú)水芒硝(Na2SO4)和潮濕條件下的芒硝(Na2SO4·10H2O)[18]。然而結(jié)晶應(yīng)力能否在水泥基體中產(chǎn)生裂縫受到多種因素的影響，如孔隙壁承受膨脹應(yīng)力的能力、基體抗拉強(qiáng)度和裂紋的擴(kuò)展速度等[28]。橡膠顆粒的表面粗糙度和憎水性使其攪拌過(guò)程中裹挾氣泡分散于水泥基體中，包裹于橡膠顆粒表面的微小氣泡對(duì)毛細(xì)管網(wǎng)的連通起到阻隔作用，減緩了膨脹性產(chǎn)物的生成及結(jié)晶體的析出[29]。此外，與普通混凝土相比，HF/RC 試件具有更好的變形能力和更高的能量吸收能力，侵蝕產(chǎn)物對(duì)孔隙產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力及析出的晶體產(chǎn)生的結(jié)晶應(yīng)力一部分可被橡膠顆粒吸收。由此可推斷出同一侵蝕階段橡膠混凝土基體中孔隙壁實(shí)際承受的壓力小于普通混凝土，因此由結(jié)晶應(yīng)力誘發(fā)的試件表面微裂紋發(fā)育較緩。

圖14 為硫酸鹽侵蝕240 天的HF/RC 試件的微觀結(jié)構(gòu)形貌?？梢钥闯觯鹉z顆粒有效阻斷了裂縫的擴(kuò)展，裂紋被鈍化[23]。這意味著，要在橡膠混凝土中形成與普通混凝土中相當(dāng)?shù)牧鸭y，需要更高程度的硫酸鹽反應(yīng)提供更大的膨脹應(yīng)力。因此，相對(duì)于HF/RC 試件，同一侵蝕齡期的NC 試件中微裂紋出現(xiàn)得更早，從而加速了SO42-侵入速率和反應(yīng)進(jìn)程。Taha 等[30]在橡膠水泥基材料斷裂行為的研究中也得到同樣的規(guī)律。同時(shí)，混雜纖維形成的亂向三維空間網(wǎng)格阻礙了硫酸根離子的遷移通道，并有效分散裂縫間的尖端應(yīng)力，因此橡膠顆粒和混雜纖維共同賦予了HF/RC 較好的抗硫酸鹽侵蝕能力。

圖14 硫酸鹽侵蝕240 天HF/RC 試件的微觀形貌Fig.14 Micro-structures of HF/RC exposed to sulfate attack for 240 days

3 結(jié) 論

測(cè)試了普通混凝土(NC) 和混雜纖維/橡膠混凝土(HF/RC)經(jīng)歷240 次硫酸鹽/干濕循環(huán)作用后各階段的質(zhì)量變化、力學(xué)性能、超聲參數(shù)、變形性能和微觀形貌，主要結(jié)論如下：

(1) 在混凝土中摻入適量橡膠骨料、玄武巖纖維和聚乙烯醇纖維，能夠提高材料劈裂抗拉、抗折強(qiáng)度，但抗壓強(qiáng)度有所下降。當(dāng)橡膠摻量10%，玄武巖纖維體積摻量0.2vol%，聚乙烯醇纖維體積摻量0.3vol%時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降5.63%，但劈裂抗拉強(qiáng)度提高20.91%，抗折強(qiáng)度提高12.14%，試件受壓破壞時(shí)整體完整性更高；

(2) 隨著硫酸鹽/干濕循環(huán)次數(shù)的增加，NC、HF/RC 試件的質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度呈先增后減的趨勢(shì)，NC 試件耐蝕系數(shù)的變化速率大于HF/RC 試件，經(jīng)240 天侵蝕后，NC、HF/RC 的耐蝕系數(shù)分別為69.00%、78.87%，表明在相同硫酸鹽環(huán)境下HF/RC較NC 表現(xiàn)出較好的耐蝕性；