玄武巖纖維混凝土耐久性能試驗研究

1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文玄武巖纖維混凝土耐久性能試驗研究姓名：朱華軍申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程指導(dǎo)教師：陳應(yīng)波20090401武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要自玄武巖纖維混凝土問世以來就有很多學(xué)者對其進行了試驗研究，研究結(jié)果表明玄武巖纖維混凝土具有優(yōu)良的動態(tài)性能、斷裂性能、抗沖擊韌性以及抗沖磨特性等。本文在基于前人的研究成果上對普通混凝土（，簡稱）、玄武巖纖維混凝土（，簡稱）進行了對比試驗研究，主要研究了玄武巖纖維混凝土的抗?jié)B性、抗凍融性、干縮性及抗氯離子滲透性等混凝土耐久性能指標，并與層布式鋼纖維混凝土和層布式混雜纖維混凝土的各項指標進行了對比。結(jié)果表明：（）、的抗?jié)B性能明顯優(yōu)于而摻入

2、了粉煤灰后玄武巖纖維混凝土的抗?jié)B性能又有顯著提高。玄武巖纖維混凝土的滲水高度比素混凝土的低，摻入了粉煤灰后玄武巖纖維混凝土的滲水高度比素混凝土的低。（）、的抗凍性能明顯優(yōu)于。凍融初期階段與的相對動彈性模量幾乎有著相同的下降趨勢，而在接下來的下降階段相對動彈性模量降低趨勢較緩，并在凍融次時仍大于，為，的相對動彈性模量已下降到了，而摻入粉煤灰后僅為。（）、干縮性能優(yōu)于，各個齡期的干縮率均明顯低于，并在齡期天時，的干縮率低于達，相對降低了，摻入粉煤灰后的玄武巖纖維混凝土干縮率更低；而失水率情況與干縮率相反。（）、的抗氯離子滲透性能明顯優(yōu)于，并且在試驗中玄武巖纖維混凝土的總電通量為，比普通混凝土低，另

3、外摻入粉煤灰后玄武巖纖維混凝土的抗氯離子滲透能力更優(yōu)，總電通量為比素混凝土低。（）、玄武巖纖維混凝土和層布式混雜纖維混凝土的耐久性能相差無幾均優(yōu)于層布式鋼纖維混凝土。此外，本文對玄武巖纖維增強混凝土耐久性能的機理進行了分析，得其主要原因為玄武巖纖維的摻入改善了混凝土結(jié)構(gòu)，減少了混凝土內(nèi)部孔隙的形成提高了其抗?jié)B能力。關(guān)鍵詞：玄武巖纖維混凝土；抗?jié)B性；干縮；凍融；電通量；武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，、，：、，、，；，武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，、，：；獨創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)

4、表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名：，盟日期：業(yè)二關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留、送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽名：拯師簽名：睦坐日期：仁武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第章緒論引言水泥混凝土由于具有抗壓強度高，成本低廉，原材料豐富等特點，是目前結(jié)構(gòu)工程中廣泛應(yīng)用的建筑材料。但普通混凝土

5、自身存在一些缺陷，如容易收縮開裂、抗拉抗折強度低、韌性差、脆性大、抗沖擊性能較低等，限制了混凝土在工程中的更廣泛的使用。為此，人們在水泥基材料中摻入其它組分以改善混凝土的性能。纖維混凝土是國際上近年來發(fā)展很快的新型水泥基復(fù)合材料，以其優(yōu)良的抗拉抗彎強度、阻裂限縮能力、耐沖擊及優(yōu)良的抗?jié)B、抗凍性能而成功地應(yīng)用于軍事、水利、建筑、機場、公路等領(lǐng)域【，目前它已成為研究較多、應(yīng)用較廣的水泥基復(fù)合材料之一。在混凝土基材中摻入纖維是提高混凝土韌性、抗沖擊性能和抑制砂漿塑性收縮開裂的一條有效途徑。用于纖維混凝土復(fù)合材料的纖維，其阻裂、增強和增韌作用主要取決于纖維本身的力學(xué)性能、纖維與基體的粘結(jié)性能以及纖維的

6、數(shù)量和在基體中的分布情況【。纖維根據(jù)其彈性模量的大小分二大類，纖維彈性模量小于基體彈性模量的有：纖維素纖維、聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維等；纖維彈性模量高于基體彈性模量的有：石棉纖維、玻璃纖維、鋼纖維、碳纖維、芳綸纖維等引。連續(xù)玄武巖纖維是近幾年來時有報道的新纖維。連續(xù)玄武巖纖維【（簡稱或）是一種無機纖維材料。它用純天然火山噴出巖為原料，經(jīng)的高溫熔融后快速拉制而成的連續(xù)纖維，其外觀為金褐色。據(jù)文獻【】【】研究表明：玄武巖纖維具有一系列優(yōu)越的性能。（）原材料的天然性。由于生產(chǎn)的原料取自于天然的火山巖噴出巖，除了它與生俱來就具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性外，其中并沒有與人類健康有害的成分。（）性能的綜

7、合性。玄武巖纖維是名副其實的“多能一纖維。譬如既耐酸又耐堿、既耐低武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文溫又耐高溫，既絕熱電絕緣又隔音，拉伸強度超過大絲束碳纖維，斷裂延伸率比小絲束的碳纖維還要好；表面極性，與樹脂復(fù)合時界面結(jié)合的浸潤性極佳，而且具有三維的分子維數(shù)，與分子維數(shù)一維的線性聚合物纖維相比，具有較高的抗壓縮強度、剪切強度和在耐惡劣環(huán)境中使用的適應(yīng)性、抗老化性等等優(yōu)異的綜合性能。（）成本的低廉性。水泥混凝土用的玄武巖纖維價格并不高，是聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維非常有競爭力的替代產(chǎn)品。（）天然的相容性。玄武巖纖維是典型的硅酸鹽纖維，用它與水泥混凝土和砂漿混合時很容易分散，新拌玄武巖纖維混凝土的體積穩(wěn)定、和

8、易性好、耐久性好，具有優(yōu)越的耐溫性、防滲抗裂性和抗沖擊性。因此，玄武巖纖維增強混凝土可以在房屋、橋梁、高速公路、高速鐵路、城市高架道路、飛機跑道、海港碼頭、地鐵隧道、沿海防護工程、核電站設(shè)施、軍事設(shè)施等等建筑領(lǐng)域起到加固補強、防滲抗裂、延長建筑使用壽命等作用。是天然綠色的新材料，將給人類的建筑業(yè)和我國優(yōu)先發(fā)展的交通運輸領(lǐng)域帶來革命性的變革國內(nèi)外玄武巖纖維混凝土研究最新進展世紀年代，前蘇聯(lián)國家建委建筑研究所和烏克蘭科學(xué)院材料研究所經(jīng)研究得出一種新的纖維混凝土，這就是玄武巖纖維混凝土【。自從這種纖維混凝土問世以來國外就有不少學(xué)者對其進行了研究?！吭谒难芯恐斜砻餍鋷r纖維混凝土與普通纖維混凝土比，

9、其受拉強度高卜倍，延伸率高倍，其破壞形態(tài)及特征、承載力都有所改善。另外等人研究了玄武巖纖維摻量對玄武巖纖維增強無機聚合物水泥混凝土斷裂韌度的影響并將其與玄武巖纖維增強硅酸鹽水泥混凝土（，簡稱）的試驗結(jié)果進行對比，結(jié)果表明，玄武巖纖維增強無機聚合物水泥混凝土具有更加優(yōu)越的斷裂性能。值得注意的是，當玄武巖纖維的體積摻量為時，玄武巖纖維增強硅酸鹽水泥混凝土的準靜態(tài)抗壓強度、劈裂抗拉強度，較素混凝土分別降低了、。等【測試了玄武巖纖維增武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文強水泥砂漿的物理、力學(xué)性能，并給出了纖維的最佳摻量。近年來由于我國已經(jīng)具有批量生產(chǎn)玄武巖纖維的能力，并且在年月和年月、月國家科技部分別將“玄武巖連

10、續(xù)纖維及其復(fù)合材料項目列入國家計劃【和國家級火炬計劃、國家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金。玄武巖纖維混凝土就是其中之一。國內(nèi)的不少學(xué)者對玄武巖纖維混凝土的各方面性能做了大量試驗研究，林智榮、姚立林等對玄武巖纖維混凝土的動力性能作了研究表明【】：加玄武巖連續(xù)纖維后，混凝土的動態(tài)性能明顯有了改善，具體表現(xiàn)為響應(yīng)頻率降低、阻尼比增大；這樣，利用玄武巖纖維高模量、耐沖擊和成本低等優(yōu)勢，可以開發(fā)其在降噪、抗振和抗震等耗能領(lǐng)域的應(yīng)用，更可利用其耐高溫、耐堿和濾波等特性，進一步發(fā)揮其在防火工程、海岸工程、防磁軍事工程等特殊混凝土工程上的應(yīng)用；另外楊進勇，許金余【】等研究了玄武巖纖維混凝土的抗沖擊壓縮韌性，結(jié)果表明：

11、（）在應(yīng)變范圍內(nèi)，組玄武巖纖維混凝試樣中，玄武巖纖維摻量為的混凝土韌性最高，尤其在應(yīng)變率范圍內(nèi)，比素混凝土韌性指標提高了；（）在應(yīng)變范圍內(nèi)，素混凝土的韌性指標最高；與素混凝土相比，在應(yīng)變率較低時，組摻玄武巖纖維的混凝土韌性均有所提高，而在應(yīng)變率范圍，摻量為的混凝土韌性最低；（）在應(yīng)變過高或應(yīng)變率較大時，玄武巖纖維摻量為的韌性指標都很低，玄武巖纖維最佳體積摻量為。而后，在范飛林，許金余的玄武巖纖維混凝土沖擊力性能試驗研究一文中也同樣指出玄武巖纖維混凝土具有良好的沖擊壓縮強度和變形性能力，且沖擊壓縮強度和變形與應(yīng)變率和纖維摻量有關(guān)。再者，李光偉冽在對玄武巖連續(xù)纖維混凝土的抗沖磨特性進行的試驗研究中

12、表明在水電實際工程中配制水工高性能的抗沖磨混凝土?xí)r采用在硅粉混凝土中復(fù)摻部分玄武巖連續(xù)纖維不失為一種水工混凝土抗沖耐磨材料的較佳選擇。上述研究表明玄武巖纖維混凝土在建筑工程領(lǐng)域推廣應(yīng)用的意義重大；武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文混凝土耐久性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀混凝土的耐久性】。倒是指混凝土在使用過程中，在內(nèi)部的或外部的，人為的或自然的因素作用下，混凝土保持自身工作能力的一種性能，或者說結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)抵抗外界環(huán)境或內(nèi)部本身所產(chǎn)生的侵蝕破壞作用的能力。它是一個綜合性概念，包含的內(nèi)容很多，如抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、抗碳化、抗沖擊性能等等，這些性能都決定著混凝土經(jīng)久耐用的程度，故統(tǒng)稱為耐久性。其影響因素總的

13、可分為物理作用和化學(xué)作用兩大類。物理作用主要包括表面磨損、凍融及孔隙中鹽類結(jié)晶壓力引起的膨脹開裂等。化學(xué)作用則指硫酸鹽侵蝕、混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕（主要是受氯鹽侵蝕和碳化所致）等。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究中，可分為材料的耐久性研究、構(gòu)件的耐久性研究和結(jié)構(gòu)的耐久性研究三個層次。在二十世紀年代以前，混凝土結(jié)構(gòu)主要集中于強度及其性能的研究，而對耐久性的研究并未給予廣泛和足夠的重視，甚至有些認識是錯誤的，年著名的工程師舒良琴柯和察爾諾姆斯基調(diào)查了前蘇聯(lián)各港口碼頭和歐洲的港口碼頭的鋼筋混凝土構(gòu)筑物，對混凝土密實性的影響有了初步的認識。較大規(guī)模及系統(tǒng)性研究開始于二十世紀五十年代，莫斯克文等做了卓有成效的

14、研究工作，并出版了相關(guān)專著，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的提高莫定了基礎(chǔ)。從二十世紀年代開始，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題是許多國際學(xué)術(shù)機構(gòu)或國際學(xué)術(shù)會議討論的重要課題之一。國際材料與結(jié)構(gòu)試驗學(xué)會（）于年專門成立了“混凝土中鋼筋銹蝕技術(shù)委員會（），該委員會歷時五年總結(jié)了當時各國在鋼筋銹蝕方面的成果，并提出了今后的研究方向和建議【刎。【勰】。在取得一系列的研究成果后，各國或地區(qū)開始頒布相應(yīng)的規(guī)范規(guī)程，年歐洲混凝土委員會頒布了：耐久性混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計指南冽，同期美國委員會編制了“耐久性混凝土指南，日本年開始陸續(xù)頒發(fā)了“建筑物耐久性系列規(guī)程，英國混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范（）及標準施工規(guī)范（）中對耐久性做了明確的規(guī)定。我國對

15、混凝土耐久性的研究主要開始于二十世紀六十年代南京水利科學(xué)研武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文究院對鋼筋銹蝕的研究，較大規(guī)模的研究在二十世紀八十年代，中國土木工程學(xué)會于年、年連續(xù)召開了兩次全國性的耐久性會議，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范編制期間對國外的研究成果進行了系統(tǒng)的總結(jié)與歸納，較系統(tǒng)的研究是在二十世紀九十年代，年全國成立了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性學(xué)組，為了推進鐵路橋梁病害診斷及剩余壽命評估工作，中國鐵道學(xué)會鐵道工務(wù)委員會與沈陽鐵路局、遼寧省鐵道學(xué)會于年在大連聯(lián)合主持召開了橋梁病害診斷及剩余壽命評估學(xué)術(shù)研討會。我國近來對此方面的研究也越來越重視。本文的主要研究內(nèi)容年月日四川汶川發(fā)生的里氏級地震對房屋、橋梁、隧道、公路

16、、大壩等基礎(chǔ)設(shè)施造成了非常嚴重的破壞。因此，對于脆性材料的混凝土結(jié)構(gòu)來說，不僅要具有足夠的強度，還應(yīng)具有優(yōu)異的耐久性和安全可靠性，用以抵御不同環(huán)境下、不同介質(zhì)對材料產(chǎn)生的各種不利影響，以提高材料的安全性和延長壽命。強度和耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)的兩個重要指標，以往工程中習(xí)慣上只重視混凝土的強度，或片面追求高強度而忽視混凝土的耐久性?；炷聊途眯允侵富炷猎跐M足設(shè)計要求的情況下，抵御環(huán)境界質(zhì)的作用，經(jīng)長年使用而不毀壞的性能。如耐久性不足，就會造成結(jié)構(gòu)不同程度的損壞，一旦損壞，修復(fù)工作投人的人力、物力往往很大。因此提高混凝土耐久性，對延長混凝土建筑物的使用年限、節(jié)約國家投資，具有重要的現(xiàn)實意義和長遠意義

17、。本文在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上對玄武巖纖維混凝土的耐久性進行了更加全面的研究，主要有以下幾個方面：、采用組（每組個）共個（頂、底、高）的圓臺試件對的抗?jié)B性能進行了對比試驗研究，結(jié)果證明的抗?jié)B性能優(yōu)于素混凝土（），而摻入了粉煤灰后效果更佳，并分析了其增強機理；、采用組（每組個）共個的長方體試件對的抗凍融性能進行了對比試驗研究，結(jié)果證明匯的抗凍融性能優(yōu)于素混凝土武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文（），加入粉煤灰后效果又有降低，并分析了其增強機理；、采用組（每組個）共個根的長方體試件對干縮性能進行了對比試驗研究，結(jié)果證明在摻入了粉煤灰后的玄武巖纖維混凝土（屺一）干縮性能優(yōu)于，而優(yōu)于；、采用組（每組個）共個（直徑

18、、厚）的圓柱試件對對的抗氯離子滲透性能進行了對比試驗研究，結(jié)果證明的抗氯離子滲透性能優(yōu)于素混凝土（），而摻入了粉煤灰后效果更佳，并分析了其增強機理。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第章抗?jié)B性能試驗研究抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透能力?；炷聊途眯缘亩喾N破壞過程幾乎與水有極為密切的關(guān)系，因此抗?jié)B性便成評價混凝土耐久性的重要指標，因為滲透不只對要求防水的結(jié)構(gòu)物有意義，更為重的是評價混凝土抵抗環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)入和腐蝕的能力。目前一般認為抗?jié)B能力評價混凝土耐久性的首要因素，只要混凝的滲透性很低，便有較好的抵抗水和其它圖抗?jié)B試驗蝕介質(zhì)浸入的能力，因而混凝土的各項耐久性指標均會相應(yīng)提高。試驗的依據(jù)玄武巖纖維混凝

19、土抗凍融性能試驗主要是依據(jù)公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程（）】、公路水泥混凝土路面旌工技術(shù)規(guī)范（）、鋼纖維混凝土試驗方法（：）】、鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程（：）以及：纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（：）。目的是通過與、質(zhì)量損失率與相對動彈模量損失率的對比試驗結(jié)果，分析和研究抗凍融性能。試驗設(shè)計這部分內(nèi)容主要包括原材料的選取、混凝土配合比的設(shè)計以及試件的制作，它的合理性直接關(guān)系到是否能達到試驗研究的目的，它的可行性也直接影響到這種新型材料的推廣應(yīng)用。原材料玄武巖纖維武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文連續(xù)玄武巖纖維（簡稱或）是一種無機纖維材料。它用純天然火山噴出巖為原料，經(jīng)的高溫熔融后快速拉制而成的連續(xù)纖維

20、，其外觀為金褐色（圖）。玄武巖纖維具有耐高溫、耐燒蝕、耐酸堿性能強、耐化學(xué)性能好和熱穩(wěn)定性優(yōu)越等優(yōu)點。作為基礎(chǔ)工業(yè)的增強復(fù)合材料有很好的發(fā)展前景，特別是玄武巖纖維應(yīng)用在建筑工程材料中，與碳纖維等相比有性價比優(yōu)勢。基于課題組的前期研究成果，本文采用橫店集團上海俄金玄武巖纖維有限公司生產(chǎn)的短切玄武巖纖維。玄武巖纖維物理力學(xué)性能見（表表玄武巖纖維的物理、力學(xué)性能）其它原材料膠凝材料：武漢產(chǎn)堡壘牌水泥，陽邏電場二級粉煤灰。骨料：中河砂，細度模數(shù)；石子，粒徑，大小均勻，無片狀，連續(xù)級配?；旖僚浜媳仍O(shè)計繼課題組前期研究成果，按中重級交通等級混凝土彎拉強度等級的要求，確定普通混凝土的配合比如（表），纖維摻

21、量采用力學(xué)性能試驗研究所得的最佳摻量，粉煤灰摻量參考已有的試驗研究文獻，采用了常用的摻量，井且等重量替代水泥。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文表混凝土配合比（）水泥種類（）（）（）（）（）粉煤灰砂石水玄武巖水膠纖維體比積率普通混凝土（）玄武巖纖維混凝土（）玄武巖纖維混凝土（）試件制作與養(yǎng)護試件在制作過程中，投料順序、攪拌方式、攪拌時間對混凝土的性能都有影響為保證混凝土拌合物的均勻性和質(zhì)量，混凝土采用強制式攪拌機攪拌其制作流程如圖。圖試件制作流程玄武巖纖維的加入方式為：從已按配合比稱取好的水泥和水中分別取出一部分與玄武巖纖維混合攪拌，然后加入混凝土內(nèi)攪拌均勻（用水泥凈漿包裹）。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文試

22、驗內(nèi)容本試驗通過干縮率和失水率來研究這種新型材料的抗?jié)B性能，取配比不同的三組試件進行對比試驗，試件數(shù)量如表。表試件數(shù)量試驗原理目前抗?jié)B試驗，通常參照規(guī)定進行，采用抗?jié)B標號來評價混凝土抗?jié)B能力，其原理是通過給受檢混凝土施水壓的方式，使水在混凝土中移動，通過水在不同混凝土中移動的差異來描述混凝土的抗?jié)B性能的?；炷恋臐B透能可通過滲透深度直觀表述，且其滲透深度是壓力、時間、滲透系數(shù)、滲透液的粘度的函數(shù)。水壓滲透方法在原理上遵從達西定律。國內(nèi)水壓滲透法通常采用的就是通道加壓方式。水壓滲透方法比較真實的模擬了自然界中水的滲透。本試驗采用頂面直徑為，底面直徑為，高為的試件：二砌，）、，（）本試驗所用設(shè)備應(yīng)

23、符合下列規(guī)定：抗?jié)B儀：應(yīng)能使水壓按規(guī)定的制度穩(wěn)定地作用在試件上（圖）；加壓裝置：螺旋或其他形式，應(yīng)能把試件壓入試件套；（）本試驗步驟如下：一、試驗前一天取出試件，晾干表面。在側(cè)面涂一層熔化的密封材料，隨即將試件壓入經(jīng)烘箱預(yù)熱的試件套。稍冷卻后即可解除壓力，清除擠出的密封材料。排除抗?jié)B儀管道中的氣泡，將試件套連同試件裝在抗?jié)B儀上進行試驗。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文二、第一次加水壓以后每增加。隨時觀察試件端面滲水情況。三、當個試件中有個試件端面滲水時記錄水壓，停止試驗。四、發(fā)現(xiàn)水從周邊滲出時，應(yīng)停止試驗重新密封。（）混凝土抗?jié)B等級以個試件中個試件未滲水時的晟大水壓為依據(jù)，按下式計算：一式中一抗?jié)B等級

24、：個試件中個試件滲水時的水壓（）。圖抗?jié)B試驗儀器試驗結(jié)果抗?jié)B標號是以標準試驗方法測得的標準試件水時的最大水壓力來計算，并分為，等級別。的計算公式為：（）（）中為抗?jié)B標號：為六個試件中三個頂面滲水時的壓力。試驗結(jié)果見表。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文表抗?jié)B試驗結(jié)果未穿透時的滲水試件類別抗?jié)B標號高度（）抗?jié)B試驗結(jié)果顯示，玄武巖維混凝土的抗?jié)B性能比素混凝土的高，而摻入了粉煤獲后玄武巖維混凝土的抗?jié)B性能又有顯著提高。玄武巖維混凝土的滲水高度比素混凝土的低，摻入了粉煤灰后玄武巖維混凝土的滲水高度比素混凝土的低。另外從試件劈開后的濕水面可以更加直觀的看到玄武巖纖維混凝土的優(yōu)良抗?jié)B性能。（如圖、）圇圇圖（濕水面圖

25、濕水面幽圉濕水面武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文抗?jié)B機理分析在纖維混凝土中，纖維對機體的作用概括起來主要有三種：阻裂、增強和增韌，纖維混凝土與普通混凝土相比各種物理力學(xué)性能的改善，都和這三種作用有關(guān)。阻裂作用，指纖維對新拌混凝土的早期收縮裂縫和硬化后的收縮裂縫的產(chǎn)生和擴展的阻礙作用。增強作用，主要是抗拉強度的提高。增韌指材料在各種受力狀態(tài)下進入塑性階段保持一定抗力的變形能力?；炷羶?nèi)部不同的微裂縫、空隙和缺陷，在施加外力時孔隙部位產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，引起裂縫的發(fā)展，最終導(dǎo)致混凝土破壞。玄武巖纖維混凝土的抗?jié)B作用機理：任何密實的混凝土都存在微裂縫。這些微裂縫存在于相與相之間（石、砂、水泥膠體三相）和水泥

26、微顆粒之間?；炷猎谟不纬蓮姸鹊倪^程中，初期由于水和水泥的應(yīng)形成結(jié)晶體，這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小，因而引起混凝土體積的收縮；后期又由于混凝土內(nèi)自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應(yīng)力在某個時期超出了水泥機體的抗拉強度，于是在混凝土內(nèi)部引起微裂縫。這些微裂縫不可避免地存在于混凝土內(nèi)的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內(nèi)部?；炷猎谀Y(jié)和硬化過程中，微裂縫經(jīng)歷了出現(xiàn)和發(fā)展的過程。這一過程，一般混凝土的收縮率在×左右?；炷恋奈⒘芽p在發(fā)展過程中，是從無到有、從小到大向最薄弱方向定向發(fā)展。微裂縫向細裂縫的發(fā)展大多數(shù)（約占）在凝膠期內(nèi)完成，此時混凝土的抗拉強度小于，如果沒有

27、采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂縫在內(nèi)外應(yīng)力的作用下將會發(fā)展為更大的裂縫以至最終形成貫通的毛細孔道及裂縫，從而導(dǎo)致防水失敗，也造成結(jié)構(gòu)設(shè)計強度遠未能充分發(fā)揮，嚴重的甚至威脅到工程的安全及使用，摻入玄武巖纖維的混凝土，每伽，就有數(shù)十根細纖維，故能在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系。當微裂縫在細裂縫發(fā)展的過程中，必然碰到多條不同向的微纖維，由于遭到纖維的阻擋消耗了能量，難以進一步發(fā)展。因此，玄武巖纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文微裂及離析裂的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地減少了混凝土收縮裂縫，尤其是有效地抑制了連通裂縫的產(chǎn)生。另外，均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承

28、托刀骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中直徑為和大于的孔隙含量大大降低，由此可以極大提高混凝土的抗?jié)B能力。與層布式鋼纖維以及混雜纖維混凝土結(jié)果對比早在年，武漢理工大學(xué)設(shè)計院纖維混凝土課題組就對鋼纖維、聚丙烯纖維以及混雜纖維等對混凝土在力學(xué)和耐久性方面的增強作用做了研究俐，以下是該課題組抗?jié)B試驗設(shè)計及結(jié)果：表混凝土配合比（）表試驗結(jié)果武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文抗?jié)B試驗顯示，層布式鋼纖維混凝土的抗?jié)B性能比素混凝土的低，而層布式混雜纖維混凝土的抗?jié)B性能比素混凝土高，比層布式鋼纖維混凝土的高很多。層布式鋼纖維混凝土的滲水高度比素混凝土的高，層布式混雜纖維混凝土的滲水高度比素混凝

29、土的低，滲水高度比層布式鋼纖維混凝土的低。而玄武巖維混凝土的滲水高度比素混凝土的低，摻入了粉煤灰后玄武巖維混凝土的滲水高度比素混凝土的低。從試驗結(jié)果對比可知：從對混凝土抗?jié)B性能的提高程度來看，玄武巖纖維高于鋼纖維，與層布式混雜纖維相差無幾，但從長遠來講玄武巖纖維是一種天然纖維更利于環(huán)保。本章小結(jié)本章對、的抗?jié)B性能做了對比試驗研究，并將其結(jié)果與鋼纖維和層布式混雜纖維混凝土的抗?jié)B性能做了比較，結(jié)果表明玄武巖維混凝土的抗?jié)B性能比素混凝土的高，而摻入了粉煤灰后玄武巖維混凝土的抗?jié)B性能又有顯著提高。玄武巖維混凝土的滲水高度比素混凝土的低。摻入了粉煤灰后玄武巖維混凝土的滲水高度比素混凝土的低。層布式鋼纖維

30、混凝土的抗?jié)B性能比素混凝土的低，而層布式混雜纖維混凝土的抗?jié)B性能比素混凝土高，比層布式鋼纖維混凝土的高很多。層布式鋼纖維混凝土的滲水高度比素混凝土的高，層布式混雜纖維混凝土的滲水高度比素混凝土的低，滲水高度比層布式鋼纖維混凝土的低。從對混凝土抗?jié)B性能的提高程度來看，玄武巖纖維高于鋼纖維，與層布式混雜纖維相差無幾，但從長遠來講玄武巖纖維是一種天然纖維更利于環(huán)保。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第章抗凍融耐久性能試驗研究混凝土的抗凍性是指混凝土在飽水狀態(tài)下，能夠經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，同時強度也不嚴重降低的性斛柏】。它是混凝土耐久性最重要的指標之一，由于沒有一個統(tǒng)一的能完整反映混凝土耐久性的指標，所以很

31、多情況下就用抗凍性來衡量混凝土的耐久性?；炷猎诮?jīng)受凍融作用后遭受破壞的程度主要反映在密實度降低、強度及動彈性模量的下降。試驗設(shè)計抗凍融耐久性能試驗設(shè)計同第二章。試驗內(nèi)容本試驗?zāi)康氖茄芯窟@種新型材料的抗凍性能，據(jù)課題組前期研究成果及其他一些文獻可推斷，玄武巖纖維混凝土具有優(yōu)良的抗凍性能，所以取配比不同的三組試件進行對比試驗，試件數(shù)量如表。種類表試件數(shù)量編號試件尺寸×組數(shù)件數(shù)武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文試驗方法和儀器試驗方法凍融耐久性試驗方法對試驗的結(jié)果影響很大，試驗方法包括凍融循環(huán)制度，評定試件破壞程度的參數(shù)，以及破壞的具體指標及試驗的儀器等。本試驗按照公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程（

32、）之混凝土抗凍性試驗一快凍法進行。規(guī)定：混凝土快速凍融試驗的試件養(yǎng)護至齡期時開始試驗，提前將試件浸泡在溫度為的水中，試驗前測試動彈性模量和重量，每次凍融循環(huán)應(yīng)在內(nèi)完成，其中用于融化的時間不得少于整個凍融時間的，一般每隔次循環(huán)作一次動彈性模量測試，在凍結(jié)和融化終了時，試件中的溫度應(yīng)分別控制在一±和±，遇到以下三種情況之一時即可停止試驗：己達到次循環(huán)；相對動彈性模量下降到以下：重量損失率達。本試驗采用全自動混凝土凍融試驗機，試件在飽水狀態(tài)下進行快速凍融試驗。把試件放入凍融試驗箱的膠皮桶中，再將桶中注入水，水面浸沒試件頂部血，試驗箱中同時放入只桶。凍融過程的制冷和加熱由試驗箱內(nèi)桶

33、周圍的乙二醇防凍液傳導(dǎo)熱量。每個凍融循環(huán)溫度上限為±，溫度下限為±，每一凍融循環(huán)時間為小時。溫度的控制由插入試件中心的溫度傳感器測量，可編程的微處理器采集溫度數(shù)據(jù)，并由該處理器控制溫度按照上述溫度上、下限進行自動切換制冷和加熱。考慮要研究的損傷演變規(guī)律，在凍融初期每次循環(huán)測試一次，在后期每隔次測試動彈性模量和重量一次。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文性能指標抗壓強度是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和評定試件承載力的重要指標。試件產(chǎn)生嚴重剝蝕時，其承載面積要減小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可能破壞，剝落量與抗壓強度的關(guān)系，總的趨勢是剝落量越大，抗壓強度損失也越大【柏。但是，抗壓強度損失是一個反映試件整體破壞的參數(shù)，

34、而剝落量是一個反映試件表面局部破壞的參數(shù)。因此，用強度損失作為評定凍融破壞的參數(shù)是不合適的，但可作為參考參數(shù)。本文僅對測定終止凍融循環(huán)時試件的抗壓強度與同齡期的非凍融試件作了比較。試件的抗折強度幾乎不隨剝落量而變化，見圖。甚至當剝落量】時，試件的抗折強度還增加了。由于抗折強度的損失是一個反映混凝土內(nèi)部破壞的參數(shù)，而剝落量僅是一個反應(yīng)試件表面的參數(shù)，因而試件表面破壞并不能代表其內(nèi)部也肯定破壞。顯然，抗折強度損失也不適合作為評價混凝土凍融破壞的參數(shù)?；炷恋膬鋈诹踊且粋€由致密到疏松的物理過程，動彈性模量的下降便是這種疏松過程的外在反映。因此，本文凍融試驗主要采用試件的動彈性模量，同時考慮到重量損

35、失，用這兩個指標來評定混凝土內(nèi)部與表面受到損傷的程度。相對動彈性模量動彈性模量的測定方法是用動彈性模量測定儀測得試件的基頻振動周期，規(guī)定，通過下面公式計算其相對動彈性模量：箬次凍融循環(huán)后試件的橫向基頻（）；（）式中一經(jīng)過次凍融循環(huán)后試件的相對動彈性模量（）；兀一凍融循環(huán)前試件的橫向基頻（）。質(zhì)量損失率試件凍融后的質(zhì)量損失率按下式計算：一×肘（）武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文式中一次凍融循環(huán)后試件的質(zhì)量損失率（）；。一凍融循環(huán)前試件的質(zhì)量（）；次凍融循環(huán)后試件的質(zhì)量（）。試驗設(shè)備型混凝土快速凍融試驗機（日本圓井公司生產(chǎn)），如下圖。圖快速凍融試驗機本試驗機是按照一方法對混凝土進行反復(fù)凍融試驗，

36、根據(jù)凍融循環(huán)溫度的改變，記錄試樣中心的溫度，根據(jù)自動記錄的試驗槽溫度，顯示循環(huán)的次數(shù)。在完成達到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)后，設(shè)各自動停止工作并保持常規(guī)溫度。試件盒：由厚的膠皮桶制成，其凈截面尺寸為¨，高應(yīng)比試件高出案稱：稱量，感量，檢定分度值克；動彈性模量測定儀：動彈儀，如圖；熱電偶、電位差計：能在一一范圍內(nèi)測定試件中心溫度。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文試驗結(jié)果本節(jié)采用動彈性模量及質(zhì)量的變化來表征混凝土在凍融作用下的損傷過程，并且當試件相對動彈模下降至以下或質(zhì)量損失率達時，停止試驗。一葭哥黲卜”習(xí)圖動彈性模量測定儀凍融試驗結(jié)果見表，由于本章內(nèi)容只是擬研究相對其它混凝土的抗凍能力，故本表只列出每隔”

37、次凍融循環(huán)的相對動彈模及質(zhì)量損失率。表，凍融試驗結(jié)果注：表中試驗結(jié)果均帶武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文試驗結(jié)果比較從表及圖的試驗結(jié)果可看出：隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加和的相對動彈性模量降低較快，并且都在凍融次時降至以下分別為和與和相比，相對動彈性模量降低趨勢較緩并在凍融次時仍大于為。比較質(zhì)量損失，從表中的試驗結(jié)果可知：凍融循環(huán)次后與的質(zhì)量損失相對較小分別為為與的質(zhì)量損失則較大為。到次軾赫稃韶霉凍融循環(huán)，與相繼破壞，質(zhì)量損柏失分別與循環(huán)次數(shù)；而此時圖相對動彈模量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系的質(zhì)量損失為僅相當于凍融循環(huán)次時的質(zhì)量損失，并觀察其外觀，可見，玄武巖纖維的摻入，較大幅度地提高了混凝土抗凍能力。而摻入粉煤衰后圈

38、圈啊”艮卜習(xí)黔一。龜二。：圖凍融循環(huán)次照片圖凍融循環(huán)次照片武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖凍融循環(huán)次照片作者發(fā)現(xiàn)，在凍融初期測量的試件質(zhì)量還略有增加（由于增加非常小，沒有在表中列出）。為保證不是測試誤差引起，對此進行了反復(fù)試驗，普遍存在這種現(xiàn)象。分析其原因：主要是破壞試件中存在微裂縫，這些微裂縫吸水飽和引起重量增加所致。如果試件表面剝落較多時則觀察不到這種現(xiàn)象，因為這時微裂縫吸水增重與剝落失重相互抵消，結(jié)果表現(xiàn)為重量下降。本試驗中各個試件的質(zhì)量損失率均遠未達到當前混凝土凍融循環(huán)試驗標準規(guī)定的。從直觀的角度分析，隨著凍融循環(huán)作用的不斷破壞，混凝土試件內(nèi)部產(chǎn)生的微裂隙逐漸擴張，但侵入混凝土內(nèi)部的水量也不

39、斷增長，這在一定程度上反而增加混凝土試件的質(zhì)量。和¨也注意到凍融過程中混凝土試件吸水而引起重量增加的現(xiàn)象。因此，在本試驗中質(zhì)量損失僅作為凍融試驗評定的參考標準。綜上所述，玄武巖纖維纖維的摻入，較大幅度地提高了混凝土抗凍能力，而粉煤獲部分等量取代水泥后，使纖維混凝土的抗凍能力又有顯著的下降?？箖鰴C理分析混凝土凍融破壞機理對于抗凍機理的合理分析，必須基于對混凝土凍害機理的深刻認識。關(guān)于混凝土凍害機理的研究起始于世紀年代，各國學(xué)者做了大量的工作，并在后來三、四十年中發(fā)展了較為完整的基本理論。由于混凝土凍害問題的復(fù)武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文雜性，盡管人們尚未徹底弄清其破壞機理，但所提出的一系列

40、假說已在很大程度上指導(dǎo)了目前混凝土凍融破壞的研究和工程實踐。和等人的研究工作為凍融破壞機理奠定了理論基礎(chǔ)。目前提出的混凝土凍融破壞機理有五、六種闈，即水的離析層理論、靜水壓理論、滲透壓理論、充水系數(shù)理論、臨界飽水值理論和孔結(jié)構(gòu)理論，其中具有代表性的是靜水壓假說?；炷林泻懈鞣N孔徑的孔，大至毫米級的粗孔，小至納米級的凝膠孔，由于毛細孔壓力的作用，孔徑小的孔容易吸滿水，孔徑大的孔由于空氣壓力，常壓下不容易吸水飽和。在某個負溫下，部分毛細孔水結(jié)冰，據(jù)文獻【鋁】水轉(zhuǎn)變?yōu)楸鶗r體積膨脹，這個增加的體積產(chǎn)生一個水壓力把水推向空氣泡方向流動。當這個壓力大到一定程度時，超出混凝土強度，致使混凝土膨脹開裂以至破

41、壞。滲透壓是由孔隙內(nèi)冰和未凍水兩相的自由能之差引起的，冰的蒸汽壓小于水的蒸汽壓，這使得尚未結(jié)冰的水向結(jié)冰區(qū)遷移并在該凍結(jié)區(qū)轉(zhuǎn)化為冰。此外，混凝土中的水含有各種鹽類，凍結(jié)區(qū)的水結(jié)冰后，未凍溶液中鹽的濃度增大，與周圍液相中鹽的濃度差也產(chǎn)生一個滲透壓。因此，作為施于混凝土破壞力的滲透壓是冰和水的蒸氣壓差及鹽濃度差兩者引起的【】。抗凍機理分析影響混凝土凍融性能的主要因素有兩個方面：一是溫度、濕度、融循環(huán)次數(shù)等外因；時間和凍二是混凝土本身的特性，如抗拉極限應(yīng)變、韌性、含氣量、纖維的摻量等內(nèi)因就其改變內(nèi)因而言，玄武巖纖維在混凝土中呈三維亂向分布彼此粘連，起到了“承托一骨料的作用，有效地抑制了混凝土硬化前連

42、通裂縫的產(chǎn)生（圖和圖），避免了連通毛細孔的形成，玄武巖纖維的摻入改善了水泥石的結(jié)構(gòu)，從而提高了混凝土的抗?jié)B性能抗?jié)B能力的提高，使外界環(huán)境的水分就難以滲透進入混凝土內(nèi)部孔隙之中，從而減少孔內(nèi)可凍水，改善了混凝土抗凍性能；其次，亂向分布的微細纖維相互交錯搭接，阻礙了混凝土攪拌和武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文成型過程中內(nèi)部空氣的溢出，使混凝土的含氣量增大，緩解了低溫過程中的靜水壓力和滲透壓力。豳圈圖中纖維圖中纖維水泥石界面（）水泥石界面（×）另外玄武巖纖維的彈性模量相對高于凝結(jié)初期的基體的彈性模量增加了塑性和硬化初期復(fù)合體的抗拉強度使混凝土內(nèi)部自生微裂縫減少；晟后，合理的摻配量和攪拌工藝保證了纖

43、維在混凝土中的均勻性及較小的間距，增加了混凝土凍融損傷過程中的能量損耗。有效地抑制了混凝土的凍脹開裂摻合料對抗凍性能的影響近年來粉煤灰、礦渣微粉和硅灰等礦物摻合料已被用作生產(chǎn)高強、高性能混凝土資源。這些摻合料取代部分水泥，除了可以降低成本，減輕環(huán)境負荷外，還可以改善混凝土的綜臺性能，但由于這些礦物摻合料對混凝土水化速率與過程影響不同，以及它們在水化中的需水量不同，因此對水泥混凝土抗凍性能將產(chǎn)生不同程度的影響。根據(jù)有關(guān)資料的研究表明，混凝土水膠比、礦物摻臺料的摻配率以及它們的細度等均會影響到混凝土的耐久性能。在本試驗中，作者取粉煤灰等量替代中的水泥，以尋求更為經(jīng)濟環(huán)保。但試驗結(jié)果表明：摻入摻合料

44、的，在凍融循環(huán)后，其相對動彈性模量、質(zhì)量以及強度損失更多。分析其主要原因：試驗所取水膠比（）偏大，而且優(yōu)質(zhì)粉煤灰需水量比小于，致使棍凝土基體內(nèi)可凍水增加，從而降低了混凝土的抗凍能力。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文與層布式鋼纖維以及混雜纖維混凝土結(jié)果對比武漢理工大學(xué)設(shè)計院纖維混凝土課題組對層布式混雜纖維混凝土的抗凍性能做了試驗研究岡，采用配合比與本次試驗研究所采用配合比相同，結(jié)果如下：表層布式混雜纖維混凝土抗凍性能試驗配合比（）表層布式混雜纖維混凝土抗凍性能試驗結(jié)果注：以上結(jié)果都帶武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文比較相對動彈性模量：隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，和的相對動彈性模量降低趨勢基本相同并且都在凍融次時降至以下，分別為和，所以層布式的鋼纖維對混凝土抗凍能力影響不大。與相比，凍融初期階段與的相對動彈