论文部分内容阅读
针对西北寒旱灌区混凝土易开裂、耐久性降低的问题,选取甘肃省景电灌区水工混凝土结构为研究对象,进行实地现场调研确定破坏原因和主要侵蚀介质,选取力学性能优异绿色环保的玄武岩纤维作为混凝土增强材料,采用室内快速冻融试验,模拟现场环境,研究了盐冻作用下不同玄武岩纤维掺量（体积掺量0.05%、0.1%、0.15%、0.2%）对混凝土工作性能、力学性能及耐久性指标的影响,并利用超声波无损测缺陷法对不同冻融工况（清水、3%NaCl、5%Na2SO4）、不同冻融次数、不同纤维掺量混凝土进行了内部损伤检测,绘制了混凝土试件内部损伤云图,其损伤规律与耐久性指标变化规律表现一致。建立了相对动弹性模量和抗压、抗折强度相关联的力学衰减模型,并利用试验数据对模型进行了拟合验证,相关系数R2值较高。本文以PC（Plain Concrete）表示普通混凝土,BFRC（Basalt Fiber Reinforced Concrete）表示玄武岩纤维混凝土,BF（Basalt Fiber）表示玄武岩纤维,得到主要结论如下:（1）纤维的掺入对混凝土和易性影响较大,纤维掺量越大,混凝土坍落度越小,其工作性能越差,使得纤维的粘滞效应变得明显,不利于混凝土的搅拌和浇筑,建议在实际工程应用中纤维体积掺量不宜超过0.2%。玄武岩纤维的掺入对于混凝土初始抗压强度有所提升但不明显,抗压强度最多提高约8.4%,对混凝土抗折强度提升明显,最多提高约26.5%,纤维的掺入从一定程度上使得混凝土试件变得更加密实,纤维掺量在0.1%～0.15%时混凝土的整体性能最好。（2）盐冻对混凝土的破坏程度要远大于清水冻融,玄武岩纤维的掺入可以有效减缓混凝土在盐冻作用下力学性能下降速率,但不能阻挡混凝土的侵蚀破坏,纤维掺量并不是越多越好,纤维掺量过小使得混凝土性能提升不明显,纤维掺量过大,反而容易引起混凝土力学性能的下降,纤维掺量在0.15%～0.2%的混凝土抗冻融侵蚀效果最好。经过150次冻融,清水中BF0.15较PC抗压强度下降减少了21%,3%NaCl中抗压强度下降减少了14.52%,5%Na2SO4中抗压强度下降减少了8.93%。抗折强度下降幅度略高于PC,但BFRC初始抗折强度远大于PC且剩余抗折强度仍大幅高于PC。冻融环境下混凝土试件在三种介质中力学性能下降速率大小排序为3%NaCl>5%Na2SO4>水。（3）相同冻融条件下掺加纤维的混凝土质量损失、相对动弹性模量下降速率要低于PC,纤维的掺入减缓了混凝土质量损失和相对动弹性模量的下降速率,对混凝土起到了增韧阻裂的效果,PC冻融后直接产生脆性破坏,纤维混凝土冻融后破坏过程较为缓慢,且试件完全破坏后仍能保持完整性,没有折断。寒旱区水工混凝土结构可掺加适量玄武岩纤维预防混凝土盐冻开裂。（4）混凝土超声无损测缺陷云图损伤规律与混凝土表观变化及力学性能变化表现一致。盐冻作用下三种冻融介质对混凝土损伤大小排序为3%NaCl>5%Na2SO4>水。纤维掺量为0.15%时混凝土性能最好,超声波波速下降最为缓慢,试件内部损伤最轻,其次为BF0.2%。盐冻作用下不同掺量玄武岩纤维混凝土试件抗冻性能大小排序为:BF0.15>BF0.2>BF0.1>BF0.05>PC。（5）建立了抗压强度、抗折强度和相对动弹性模量相关联的力学衰减模型,并通过试验数据对模型进行拟合验证,拟合相关系数R2值较高,验证了模型的合理性和可靠性,相似环境混凝土结构可通过检测相对动弹性模量来评估服役期混凝土结构的抗压强度和抗折强度。相关研究可为寒旱灌区混凝土结构的设计和维护提供依据。同时可为纤维混凝土（如聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维）的耐久性研究提供参考。