纖維摻比優(yōu)化改性混凝土抗凍融抗侵蝕性能研究

摘 要：對復(fù)合纖維混凝土進(jìn)行抗凍融以及抗硫酸鹽侵蝕性能研究，解決復(fù)合纖維混凝土在應(yīng)用過程中綜合性能不佳的問題。分別在混凝土泥漿中添加不同質(zhì)量的鋼纖維，制備出復(fù)合纖維混凝土試件。并針對兩組試件分別進(jìn)行抗凍融試驗(yàn)與抗侵蝕實(shí)驗(yàn)。通過對制備出的鋼纖維混凝土進(jìn)行抗凍融以及抗侵蝕性能進(jìn)行測試，得到的結(jié)果如下：在相同凍融循環(huán)操作下，將試件抗壓強(qiáng)度作為評價(jià)指標(biāo)，不同鋼纖維摻量試件的指標(biāo)值均產(chǎn)生了明顯的下降趨勢。當(dāng)摻量為2.00%時(shí)，試件指標(biāo)值下降了68.75%；當(dāng)摻量為0.00%時(shí)，試件指標(biāo)值下降了90%。在相同干濕循環(huán)操作下，當(dāng)鋼纖維摻量增加時(shí)，不同試件的質(zhì)量損失率主要為由增加至減少的變化趨勢，質(zhì)量損失率最高值可達(dá)到2.0%。鋼纖維的摻入可以有效地提升混凝土的抗裂性能與抗侵蝕性能，鋼纖維摻量為0.75%時(shí)，混凝土的抗腐蝕性能最差。

關(guān)鍵詞：復(fù)合纖維混凝土；抗凍融性能；抗侵蝕性能；硫酸鹽；鋼纖維

中圖分類號：TQ177.6+8；TU528""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""""""""""""""""" 文章編號：1001-5922（2024）07-0088-04

Study on freeze-thaw and erosion resistance of modified

concrete optimized by fiber mix

CHEN Weidong

（The Seventh Design Institute of Shanghai Municipal Engineering Design and Research Institute （Group）

Co.，Ltd.，Shanghai 266071，China）

Abstract： To study the freeze?thaw resistance and sulfate corrosion resistance of composite fiber concrete， in order to solve the problem of poor comprehensive performance of composite fiber concrete in the application process. Different qualities of steel fibers were added to the concrete slurry to prepare composite fiber concrete specimens. And two sets of specimens were subjected to freeze?thaw resistance and erosion resistance tests respectively. By testing the freeze?thaw resistance and corrosion resistance of the prepared steel fiber concrete， the results were as follows： under the same freeze?thaw cycle operation， the compressive strength of the specimen was used as an evaluation index， and the index values of specimens with different steel fiber contents showed a clear downward trend. When the dosage was 2.00%， the index value of the specimen decreased by 68.75%. When the dosage was 0.00%， the indicator value of the specimen decreased by 90%. Under the same dry wet cycle operation， when the steel fiber content increased， the mass loss rate of different specimens mainly showed a trend of increasing to decreasing， with the highest value of mass loss rate reaching 2.0%. The addition of steel fibers could effectively improve the crack resistance and corrosion resistance of concrete. When the steel fiber content was 0.75%， the corrosion resistance of concrete was the worst.

Key words： composite fiber concrete；freeze?thaw resistance；erosion resistance；sulfate；steel fibers

復(fù)合纖維混凝土的綜合性能會受到其復(fù)合摻合料的占比影響。因此為提高復(fù)合纖維混凝土的綜合性能，需要學(xué)者通過對復(fù)合纖維摻合料進(jìn)行配比，對混凝土試件不同方面的性能進(jìn)行了測試與研究。如采用粉煤灰作為復(fù)合摻合料之一，對制備完成的混凝土試件進(jìn)行了抗凍融性能研究［1］。向混凝土泥漿中添加不同配比的礦物摻合料，研究不同密度混凝土的抗侵蝕性能［2］。通過將混凝土試件放入濃度不同的硫酸鹽溶液中，探究不同濃度的硫酸鹽溶液對混凝土試件的腐蝕效果［3］。本文以鋼纖維作為主要摻合料，分別制備出不同強(qiáng)度的混凝土試件，并對該試件進(jìn)行抗凍融以及抗侵蝕試驗(yàn)，探究不同鋼纖維摻量下，混凝土抗壓程度以及質(zhì)量損失率的變化情況［4］。

1"" 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1"" 原材料獲取

本次實(shí)驗(yàn)對復(fù)合纖維混凝土進(jìn)行制備，選用型號為425的普通硅酸鹽水泥。通過添加高效減水劑對混合料體的水分進(jìn)行調(diào)和，混凝土砂料細(xì)度模數(shù)為2.75。摻合料的主要化學(xué)成分如表1所示［5］。

本實(shí)驗(yàn)制備的復(fù)合纖維混凝土采用5種配比，不同試件的鋼纖維摻量以及對應(yīng)的試件分組情況如表2所示［6］。

對于抗硫酸鹽侵蝕性能試驗(yàn)，本文選用的硫酸鹽試劑來自某省化工廠，其為透明結(jié)晶，溶于水，密度為2.75 g/cm3，熔點(diǎn)為884 ℃，pH值為5.5。對制備出的復(fù)合纖維混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，探究不同鋼纖維產(chǎn)量下，不同試件對于無水硫酸鹽的抗腐蝕性性能表現(xiàn)［7］。

1.2"" 儀器設(shè)備

本次混凝土抗凍融試驗(yàn)以及抗侵蝕試驗(yàn)所使用到的儀器包括震動臺、凍融箱、彈模測試儀以及壓力機(jī)等多個(gè)復(fù)雜儀器設(shè)備，具體儀器設(shè)備及型號［8］：HZJ-1震動臺、KDR-V25混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)、DT-12WH混凝土彈性模量測試儀、NYL-60型壓力機(jī)（60 t）、LT電子秤（20 kg）、ZBSX-92A游標(biāo)卡尺、FX-2580標(biāo)準(zhǔn)篩、日立HITACHI S-3400掃描電子顯微鏡。

本次實(shí)驗(yàn)所用到的混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)所支持的最大中心凍結(jié)溫度為-18 ℃，最高溶解溫度為2 ℃，具體核心參數(shù)表3所示。

2"" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1"" 復(fù)合纖維混凝土試件制備

將不同摻量的鋼纖維與混凝土進(jìn)行攪拌混合，為保證混合料體密度的均勻分布，本次實(shí)驗(yàn)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)對混合料體進(jìn)行攪拌處理［9］。首先將水泥、石灰石粉、粉煤灰以及礦渣按照比例調(diào)和均勻，然后再將鋼纖維均勻時(shí)撒入配制好的混凝土泥漿中，對料體進(jìn)行2 min以上的充分?jǐn)嚢?。在?shí)際攪拌過程中，受到鋼纖維結(jié)構(gòu)的影響，初步加入鋼纖維摻合料時(shí)，水泥混合物可能會出現(xiàn)結(jié)團(tuán)的情況［10］。因此除了采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)對料體進(jìn)行攪拌以外，還需要結(jié)合人工輔助攪拌的方式，對結(jié)團(tuán)情況進(jìn)行調(diào)整。將攪拌完成的混凝土泥漿注入模具。為防止冷卻后的混凝土試件表面出現(xiàn)氣泡，在注入模具后需要迅速對其進(jìn)行振搗，將氣泡震出。在完成試件澆筑操作后，為了確?；炷猎嚰_(dá)到實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度，將等待時(shí)間設(shè)定為24 h。當(dāng)滿足時(shí)間條件后，對試件進(jìn)行拆模操作。為了保持混凝土試件的濕潤狀態(tài)，需要將溫度設(shè)定為20 ℃，空間濕度保持在90%以上，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理。

2.2"nbsp;" 快速凍融破壞實(shí)驗(yàn)

在凍融實(shí)驗(yàn)開始前，將混凝土試件提前4 d浸泡在溫度為25 ℃的溫水中。并分別對5組不同的復(fù)合纖維混凝土?xí)r間的劈拉強(qiáng)度以及彈性模量進(jìn)行測試［11］?；炷猎嚰某跏紖?shù)如表4所示。

在凍融過程中，每凍融循環(huán)25次，都需要對不同組別混凝土的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行二次測試。當(dāng)凍融次數(shù)達(dá)到300次，或復(fù)合纖維混凝土試件的劈拉強(qiáng)度下降到58%以下時(shí)，即可停止凍融操作［12］。

2.3"" 抗硫酸鹽侵蝕性能

本次實(shí)驗(yàn)采用干濕循環(huán)方案對混凝土試件的抗侵蝕性能進(jìn)行測試。選取尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的復(fù)合纖維混凝土試件，并將其放在硫酸鹽溶液中浸泡16 h。硫酸鹽溶液最高水面需要高于混凝土試件表面25 mm，從而保證浸泡效果［13］。待浸泡時(shí)間達(dá)標(biāo)后，對混凝土試件進(jìn)行風(fēng)干處理，風(fēng)干時(shí)間至少需要5 h。對上述過程進(jìn)行循環(huán)，每15次操作后，均需要對試件的劈拉強(qiáng)度以及抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測。

干濕循環(huán)試驗(yàn)的總循環(huán)操作次數(shù)為75次，待試驗(yàn)完成后，對混凝土?xí)r間的質(zhì)量損失率進(jìn)行計(jì)算，該參數(shù)的具體計(jì)算公式：

[?Wn=W0-WnW0]""""""""""""""""""""""""""""" （1）

式中：[Wn]代表干濕循環(huán)操作次數(shù)為[n]時(shí)，混凝土試件的質(zhì)量；[W0]代表循環(huán)操作開始之前混凝土試件的初始質(zhì)量。

3"" 復(fù)合纖維混凝土性能研究

3.1"" 抗凍融性能

本次實(shí)驗(yàn)針對凍融循環(huán)操作共測試160次，不同階段操作下的混凝土試件外觀如圖1所示。

由圖1可知，當(dāng)凍融循環(huán)操作25次后，試件表面出現(xiàn)細(xì)微裂縫情況，而在第50次和第75次凍融循環(huán)操作后，混凝土表面四周土體出現(xiàn)部分脫落情況，試件表面的變形程度在逐步加深。在100次凍融循環(huán)操作后，混凝土試件的破壞程度最高，邊角處的土體已經(jīng)完全脫落［15］。為進(jìn)一步對混凝土內(nèi)部抗拉強(qiáng)度的變化進(jìn)行表征，本次實(shí)驗(yàn)將試件的抗壓強(qiáng)度作為評價(jià)指標(biāo)，對每次凍融循環(huán)操作后試件的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測試，具體測試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，隨機(jī)凍融循環(huán)操作次數(shù)的不斷提高，不同鋼纖維摻量下的的試件抗壓強(qiáng)度也出現(xiàn)了不同幅度的變化?？傮w來看，凍融循環(huán)操作次數(shù)與試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。而鋼纖維摻量與試件的抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)。在相同凍融循環(huán)操作下，當(dāng)摻量為2.00%時(shí)，試件抗壓強(qiáng)度下降了68.75%；當(dāng)摻量為0.00%時(shí)，試件抗壓強(qiáng)度下降了90%。

3.2"" 抗硫酸鹽侵蝕性能

本次實(shí)驗(yàn)針對干濕循環(huán)操作第15次、第45次以及第75次的混凝土試件外觀進(jìn)行了記錄，具體外觀變化結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，在經(jīng)歷了不同次數(shù)的干濕循環(huán)腐蝕操作后，混凝土試件的表面出現(xiàn)了不同程度的骨料脫落情況。其中，前15次干濕循環(huán)操作時(shí)，混凝土試件表面出現(xiàn)了輕微硫酸鈉晶體析出情況。第45次干濕循環(huán)操作后，混凝土試件表面開始出現(xiàn)細(xì)小裂縫，骨料脫落程度輕微。第75次干濕循環(huán)操作后，混凝土試件表面已經(jīng)出現(xiàn)了較為明顯的劣化情況，骨料脫落程度有著明顯提高，甚至出現(xiàn)膠凝層脫落情況。5組試件的質(zhì)量損失率變化情況如圖4所示。

由圖4可以看出，鋼纖維摻量為0.75%時(shí)，試件的質(zhì)量損失率最高；循環(huán)操作次數(shù)為75次時(shí)，混凝土試件的質(zhì)量損失率可達(dá)到2.0%。由此可以證明，鋼纖維摻量越高，混凝土實(shí)踐中水泥與硫酸鹽發(fā)生侵蝕反應(yīng)的成分也就越少，從而越不容易受到侵蝕。

4"" 結(jié)語

綜上所述，本文采用鋼纖維作為復(fù)合纖維混凝土的主要摻合料，分別在混凝土試件中添加了不同占比的鋼纖維，并構(gòu)建了抗凍融試驗(yàn)以及抗侵蝕試驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋼纖維的摻入可以有效地提升混凝土的抗裂性能與抗侵蝕性能。

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