冻融循环下混杂纤维粉煤灰混凝土的力学性能与气孔结构

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粉煤灰常常被加入混凝土中来优化其性能,降低工程成本,同时也能降低粉煤灰对环境的污染。然而随着粉煤灰混凝土在工程中的应用,其耐久性问题日趋严重,在严寒和寒冷地区表现的尤为突出。选用掺量为10%的粉煤灰混凝土作为基准混凝土,以聚丙烯纤维与聚丙烯腈纤维不同体积掺量(0.05%、0.10%、0.15%与0.06%、0.12%、0.18%)、不同长度(6mm、12mm、19mm与6mm、12mm、19mm)组成混杂纤维粉煤灰混凝土,基于正交试验得到混杂纤维粉煤灰混凝土的优化配比。在清水和浓度为3%的NaCl溶液中进行不同循环次数(0次、15次、30次、45次、60次)下的混杂纤维粉煤灰混凝土基本力学性能试验和气孔结构试验。(1)进行了以混杂纤维粉煤灰混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度为指标的正交试验,发现四种因素对抗压强度影响从大到小依次为聚丙烯腈纤维体积率、聚丙烯纤维体积率、聚丙烯腈纤维长度、聚丙烯纤维长度;对劈裂抗拉强度影响从大到小依次为聚丙烯腈纤维长度、聚丙烯纤维长度、聚丙烯纤维体积率、聚丙烯腈纤维体积率。四种因素对应的最优水平参数分别为聚丙烯纤维体积率0.10%,聚丙烯腈纤维体积率0.12%,聚丙烯纤维长度12mm,聚丙烯腈纤维长度12mm。(2)对基于正交试验结果配置出的粉煤灰混凝土试块与混杂纤维粉煤灰混凝土试块进行水冻与盐冻循环试验,分析不同冻融循环次数下试块的外观形貌特征、基本力学性能、相对动弹性模量和质量损失率。研究结果表明盐冻循环较水冻循环条件下试块表面损伤更严重,掺入混杂纤维能有效减少试块表面剥落现象,延缓裂缝的发展给试块内部带来损伤。同等冻融循环次数下,水冻循环后试块的拉压强度和相对动弹性模量均优于盐冻循环,质量损失率小于盐冻循环,说明盐冻循环下试块劣化速度更快,掺入混杂纤维能有效改善粉煤灰混凝土的抗冻性能;混杂纤维粉煤灰混凝土较基准粉煤灰混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度在水冻、盐冻循环60次后分别提高8.5%和9.5%、46.8%和12.1%。(3)对水冻和盐冻循环下的粉煤灰混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土进行气孔结构试验,分析了不同冻融循环次数下试块内部的气孔分布特征、气孔结构特征参数以及SEM微观图。结果表明随着冻融循环次数提升,气孔含气量和大孔频率增加,小孔频率降低;从混凝土的气孔分布来看,水冻循环相对于盐冻循环气孔结构分布更合理,混杂纤维粉煤灰混凝土相对于基准粉煤灰混凝土气孔结构分布更合理。四种气孔结构特征参数均与冻融循环次数有良好的相关性;盐冻循环下气孔的含气量、平均弦长、间距系数更小,比表面积更大,试块损伤更严重;掺入混杂纤维可以有效改善气孔结构特征参数。盐冻循环下试块劣化速度更快,而混杂纤维可以提高粉煤灰混凝土试块的整体性、抗裂性,从而改善混凝土抗冻性。图[41]表[24]参[70]
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