預(yù)加荷載作用下粉煤灰/硅灰纖維混凝土氯離子滲透性能研究*

何亞伯，陳保勛，劉素梅，忽彥鵬

(武漢大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

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預(yù)加荷載作用下粉煤灰/硅灰纖維混凝土氯離子滲透性能研究*

何亞伯?，陳保勛，劉素梅，忽彥鵬

(武漢大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

采取氯離子滲透性試驗(yàn)(NEL法)和微觀掃描電鏡(SEM)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究未加載及施加不同應(yīng)力水平軸壓荷載時(shí)單摻聚丙烯纖維、單摻復(fù)合礦物質(zhì)(粉煤灰/硅灰，質(zhì)量比4∶1)，以及混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而研究混摻聚丙烯纖維與復(fù)合礦物質(zhì)混凝土抗氯離子滲透性能.研究表明：未加載時(shí)，混摻適量的復(fù)合礦物質(zhì)與聚丙烯纖維，混凝土試塊在微觀結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為骨料和水泥石間的密實(shí)性提高，裂紋數(shù)量和寬度明顯減小；在宏觀性能上表現(xiàn)為氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低，與單摻聚丙烯纖維和單摻復(fù)合礦物質(zhì)相比，混凝土的抗氯離子滲透性有顯著提高.混凝土的抗氯離子滲透性的最優(yōu)配比是：混摻0.1%聚丙烯纖維和25%復(fù)合礦物質(zhì).加載條件下，氯離子擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)先略微下降再上升趨勢(shì).在相同應(yīng)力比下，混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小.

粉煤灰；聚丙烯纖維；軸壓荷載；抗氯離子滲透性能

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是土木工程研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方面，鋼筋銹蝕問題是影響結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵問題之一.當(dāng)使用環(huán)境中的氯離子或攪制混凝土過程中混入的氯離子達(dá)到一定濃度時(shí)會(huì)大大加速鋼筋的銹蝕速度.因此最新的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)對(duì)氯離子含量提出了更嚴(yán)格的要求.對(duì)于環(huán)境中的氯離子，其擴(kuò)散速度取決于結(jié)構(gòu)致密性、裂縫形態(tài)及開展程度.

混凝土結(jié)構(gòu)在施工及使用過程中，裂縫不斷形成和發(fā)展：結(jié)構(gòu)在早期硬化過程中會(huì)產(chǎn)生初始微裂縫；在后期受荷過程中原有裂縫不斷發(fā)展，同時(shí)伴隨著新的裂縫出現(xiàn)與發(fā)展.裂縫的存在形成了許多搬運(yùn)介質(zhì)的運(yùn)輸通道，使氯離子得以更快速地進(jìn)入混凝土內(nèi)部腐蝕鋼筋.Sahmaran[1]研究認(rèn)為，當(dāng)裂縫寬度大于135 μm時(shí),氯離子擴(kuò)散系數(shù)顯著增大，開裂混凝土擴(kuò)散系數(shù)比未開裂混凝土一般大1～2個(gè)數(shù)量級(jí).由此可見，減少混凝土中微裂縫的產(chǎn)生及延緩裂縫的擴(kuò)展可以有效地提高混凝土的抗氯離子滲透性能.

在混凝土中摻入礦物質(zhì)摻合料和聚丙烯纖維都可以有效地減少混凝土中微裂縫的產(chǎn)生及延緩裂縫的擴(kuò)展.早在20世紀(jì)30年代，美國學(xué)者Davis 研制出了粉煤灰水泥混凝土，這標(biāo)志著粉煤灰作為混凝土礦物摻合料的誕生.此后，中外學(xué)者對(duì)添加了粉煤灰、硅灰等礦物質(zhì)混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性能進(jìn)行了大量的研究[2-9].研究結(jié)果表明：粉煤灰能減少混凝土初期的收縮率、提高其抗裂性能，而且不會(huì)造成混凝土后期強(qiáng)度和耐久性降低；硅灰對(duì)混凝土基體里孔結(jié)構(gòu)作用很大，可以顯著提高混凝土密實(shí)性.聚丙烯纖維抗拉強(qiáng)度較高，對(duì)混凝土早期干縮裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展起到了良好的抑制作用；同時(shí)亂向分布的纖維對(duì)于改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)、降低孔隙率、阻礙毛細(xì)管通道也起到了較好的作用.因此纖維混凝土作為一種新型材料在國內(nèi)外被廣泛研究[10-16]，并得到迅速發(fā)展.

綜上所述，在混凝土中添加一定量的粉煤灰、硅灰、聚丙烯纖維，均可提高混凝土抗氯離子滲透性能．以往的研究主要集中在單摻礦物質(zhì)及單摻聚丙烯纖維時(shí)混凝土氯離子滲透性.由于礦物質(zhì)、聚丙烯纖維對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理不同，將不同類型的礦物質(zhì)與聚丙烯纖維混摻時(shí)獲得的材料性能會(huì)更優(yōu).氯離子擴(kuò)散系數(shù)是反映混凝土抗氯離子滲透性能的定量指標(biāo)，因此，本文采用氯離子滲透性試驗(yàn)(NEL法)和微觀掃描電鏡(SEM)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究未加載及加載條件下，單摻聚丙烯纖維、單摻復(fù)合礦物質(zhì)(粉煤灰/硅灰，質(zhì)量比4∶1)，以及混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)，從混凝土試塊的微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能2個(gè)方面研究混摻聚丙烯纖維與復(fù)合礦物質(zhì)混凝土抗氯離子滲透性能，并找出最優(yōu)配合比，供工程參考.

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所采用的原料為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥；Ⅰ級(jí)粉煤灰，其表觀密度為2 090 kg/m3，需水比為88%，平均粒徑為9.61 μm，活性指數(shù)為90%，其化學(xué)組成見表1；硅灰的表觀密度為2 080 kg/m3,平均粒徑為0.4 μm，比表面積為23 m2/g，其化學(xué)組成見表2；碎石為粒徑5～20 mm連續(xù)級(jí)配，密度約2 800 kg/m3；普通江砂為中砂，其細(xì)度模數(shù)為2.7，含水率為5%；聚羧酸鹽高效減水劑為膠凝材料的0.8%，減水率為30%；纖維采用改性聚丙烯單絲纖維，其性能參數(shù)見表3.

表1 粉煤灰的化學(xué)組成Tab.1 Chemical composition of fly ash

表2 硅灰化學(xué)組成Tab.2 Chemical composition of Silicon ash

表3 聚丙烯單絲纖維的物理性能Tab.3 Physical properties of polypropylene filament fiber

1.2 混凝土配合比

試驗(yàn)選取纖維摻量、復(fù)合礦物質(zhì)摻量2個(gè)影響因素，每個(gè)因素選擇4個(gè)水平(見表4).根據(jù)本課題組前期成果[17-18]，纖維摻量按照長度6 mm和9 mm質(zhì)量比為2∶1配合，復(fù)合礦物質(zhì)采用粉煤灰和硅灰混摻，二者比例為4∶1.根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》NEL法中有關(guān)規(guī)定，試塊采用直徑100 mm，厚度為50 mm的圓柱體混凝土試塊，水膠比為0.39，混凝土強(qiáng)度等級(jí)按照C45配置,砂、石、減水劑分別按照545 kg/m3, 1 173 kg/m3, 4.52 kg/m3配置，混凝土配合比見表5.

表4 試驗(yàn)因素水平Tab.4 Factors and levels in experiment

表5 混凝土配合比Tab.5 Mix proportion design of concrete kg/m3

注：C—混凝土，F(xiàn)—復(fù)合礦物質(zhì)，P—聚丙烯纖維；如F30P0.1表示：復(fù)合礦物質(zhì)的質(zhì)量摻量為30%，聚丙烯纖維的體積摻量為0.1%，表中復(fù)合礦物質(zhì)摻量中粉煤灰與硅灰之比為4∶1.

試塊共240個(gè)，其中素混凝土試塊15個(gè)，單摻聚丙烯纖維試塊45個(gè)，單摻復(fù)合礦物質(zhì)試塊45個(gè)，混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)混凝土試塊135個(gè).試件自然養(yǎng)護(hù)至28 d 齡期時(shí)開始試驗(yàn)，試驗(yàn)共分16批次，每批試件15個(gè)，其中每3個(gè)為1組，共5組.

1.3 試驗(yàn)步驟

1)對(duì)每批次的一組試塊進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)試其極限抗壓強(qiáng)度fc；

2)對(duì)混凝土試塊分組施加不同應(yīng)力水平的軸壓力，應(yīng)力水平考慮0fc，0.2fc，0.4fc和0.6fc；

3)對(duì)混凝土試塊進(jìn)行未加載及加載后的電化學(xué)腐蝕試驗(yàn).試驗(yàn)前，首先利用電阻測(cè)量?jī)x篩選出電流值接近的混凝土試塊，然后將篩選出來的試塊置于NEL-VJH型混凝土智能真空飽水機(jī)中進(jìn)行飽鹽處理，飽水機(jī)干抽4 h，濕抽2 h，靜停18 h后取出試樣，測(cè)試氯離子擴(kuò)散系數(shù)；

4)進(jìn)行電鏡試驗(yàn).從破壞后的試樣中部取出2.5～5.0 mm粒狀樣品，在98.66 kPa(740 mmHg)真空度、60 ℃的真空干燥器干燥到恒重后，用導(dǎo)電膠將樣品粘貼在銅質(zhì)樣品座上，真空鍍金后在美國生產(chǎn)的Quanta FEG 450型場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(SEM)中觀察試樣的微觀形貌并成相.

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 掃描電鏡試驗(yàn)(SEM)結(jié)果分析

圖1是素混凝土試塊掃描電鏡圖.根據(jù)圖1，素混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部有少量的絮凝狀膠體水化硅酸鈣，層狀Ca(OH)2晶體較多，也有不少針狀碳硫硅鈣石或鈣礬石為針狀晶體，水化產(chǎn)物在其表面“生長”，C-S-H 和鈣釩石的針狀晶體相互交聯(lián)，形成間斷的、孔隙較大的骨架網(wǎng)狀體系，而且水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)顯得明晰，棱角分明，結(jié)構(gòu)疏松，有通長裂紋分布，骨料與水泥基的界面寬為445.5 nm.

圖2是單摻25%復(fù)合礦物質(zhì)的混凝土試塊掃描電鏡圖.根據(jù)圖2，摻入復(fù)合礦物質(zhì)的混凝土中結(jié)構(gòu)密實(shí)性有所提高，大的孔隙和裂紋較少，同時(shí)可以看到玻璃球體.較大的玻璃球體表面被膠凝物質(zhì)緊緊包裹，說明其表面已經(jīng)參加了水泥的二次水化反應(yīng)，產(chǎn)生了水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，包裹在骨料周圍，填充了骨料和水泥石之間的空隙，使骨料和水泥石之間的密實(shí)度得到提高.圖中還能看到未反應(yīng)的球體顆粒，顆粒表面光滑，無明顯二次水化反應(yīng)跡象，這些顆粒填充在水泥水化產(chǎn)物之間，與水化產(chǎn)物交織在一起，使得水泥石基體的孔隙減少，同時(shí)還能阻止微裂紋生成.摻入礦物質(zhì)摻合料后骨料與水泥基的界面寬度為97.1 nm，與素混凝土界面相比，界面寬度明顯減小.

圖3是單摻0.1%聚丙烯纖維混凝土試塊掃描電鏡圖.根據(jù)圖3，纖維的摻入在混凝土內(nèi)部引入新的界面層，改善了混凝土裂紋形態(tài)及分布；同時(shí)，聚丙烯纖維在混凝土中呈三維亂向分布，減小了裂紋尖端的應(yīng)力集中程度，從而可阻止微裂紋的進(jìn)一步延伸；再者，纖維的承托骨料作用與阻裂作用使得水泥基體中的裂紋和大的孔隙數(shù)量明顯減少.

圖4是混摻0.1%聚丙烯纖維和25%復(fù)合礦物質(zhì)的混凝土試塊掃描電鏡圖.根據(jù)圖4，混凝土中混摻入聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)后，不僅鈣礬石和氫氧化鈣晶體數(shù)量顯著減少，而且纖維的摻入在混凝土內(nèi)部引入新的界面層，使纖維與周圍基體的結(jié)合更加緊密，水泥石微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)均勻致密狀態(tài).

圖1 素混凝土試塊掃描電鏡圖Fig.1 Scanning electron microscopy for plain concrete specimen

圖2 單摻25%復(fù)合礦物質(zhì)混凝土試塊掃描電鏡圖Fig.2 Scanning electron microscopy for concrete specimen with 25% complex minerals

圖3 單摻0.1%聚丙烯纖維混凝土試塊掃描電鏡圖Fig.3 Scanning electron microscopy for concrete specimen with 0.1% polypropylene fiber

圖4 混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)混凝土試塊掃描電鏡圖Fig.4 Scanning electron microscopy for concrete specimen with polypropylene fiber and complex minerals

2.2 無荷載作用下不同配比混凝土抗氯離子滲透性能

表6為素混凝土、單摻聚丙烯纖維混凝土、單摻復(fù)合礦物質(zhì)混凝土、混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)混凝土在未加載及施加不同應(yīng)力水平軸壓荷載下的氯離子擴(kuò)散系數(shù).

根據(jù)表6繪制未加載時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)與單摻聚丙烯纖維、單摻復(fù)合礦物質(zhì)、混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)之間的關(guān)系，見圖5，圖6和圖7.

表6 不同應(yīng)力比下氯離子擴(kuò)散系數(shù)Tab.6 Chloride ion diffusion coefficient under different stress ratio

纖維摻量/%圖5 未加載時(shí)單摻聚丙烯纖維時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)Fig.5 Chloride ion diffusion coefficient in concrete with polypropylene fiber single doped under no load

復(fù)合礦物質(zhì)摻量/%圖6 未加載時(shí)單摻復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)Fig.6 Chloride ion diffusion coefficient in concrete with complex minerals single doped under no load

復(fù)合礦物質(zhì)摻量/%圖7 未加載時(shí)混摻聚丙烯纖維 和復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)Fig.7 Chloride ion diffusion coefficient in concrete with polypropylene fiber and complex minerals co-doped under no load

根據(jù)圖5，隨著纖維摻量的增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)出現(xiàn)了先降低后增加的趨勢(shì)，當(dāng)摻加纖維體積分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)氯離子滲透系數(shù)較素混凝土降低了16.2%，此時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)達(dá)到最低值.當(dāng)纖維摻量超過0.1%時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)反而增加，甚至超過了素混凝土試塊的氯離子擴(kuò)散系數(shù).這是因?yàn)楫?dāng)聚丙烯纖維摻量較低時(shí)，其分散性較好，細(xì)小的纖維填充在混凝土內(nèi)原有的孔隙缺陷中阻斷了混凝土中的毛細(xì)管通道，使氯離子遷移困難；同時(shí)纖維也抑制了混凝土的干縮裂縫，從而降低了氯離子的滲透性.但是，當(dāng)纖維摻量過大時(shí)，纖維易在混凝土中結(jié)團(tuán)，從而加大了纖維與水泥基材間的界面面積，這對(duì)于混凝土的抗氯離子滲透性能不利.由于聚丙烯纖維的不親水性，纖維與基材界面間的水灰比往往較大，因而界面處混凝土的強(qiáng)度往往較低.當(dāng)混凝土塑性收縮時(shí)界面處易形成微裂紋，使得氯離子的滲透性增大.

根據(jù)圖6，隨著復(fù)合礦物質(zhì)摻量的增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)也呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)，但均低于素混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù).其中，摻入25%的復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小，相對(duì)于素混凝土來說，降低了42.9%.分析認(rèn)為：硬化后的混凝土中，骨料和水泥石之間存在不連續(xù)的多孔區(qū)域，即界面過渡層.界面過渡層的特點(diǎn)是Ca(OH)2的富集和結(jié)晶的定向排列.Ca(OH)2晶體粗大，多孔疏松，黏結(jié)能力差.粉煤灰、硅灰活性組分可以跟Ca(OH)2反應(yīng)，生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)、黏結(jié)能力更強(qiáng)的C-S-H凝膠，減少了Ca(OH)2含量，使得界面過渡區(qū)孔隙率下降，優(yōu)化了界面結(jié)構(gòu).同時(shí)，粉煤灰、硅灰自身對(duì)Cl-具有一定的物理化學(xué)吸附固化作用，該作用可以降低混凝土中游離氯離子濃度，從而提高混凝土的抗氯離子滲透性能.但是當(dāng)?shù)V物質(zhì)摻量過高時(shí)，會(huì)降低混凝土pH值，從而使其化學(xué)結(jié)合氯離子的穩(wěn)定性變差，后期干縮也會(huì)增大，對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能不利，表現(xiàn)為氯離子擴(kuò)散系數(shù)增大.

根據(jù)圖7，混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)于單摻聚丙烯纖維或者單摻復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)均有所降低.當(dāng)聚丙烯纖維為0.1%，復(fù)合礦物質(zhì)為25%時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小，較素混凝土下降了72.7%.這是因?yàn)槔w維和復(fù)合礦物質(zhì)的“超復(fù)合疊加”效應(yīng)，適量的聚丙烯纖維和粉煤灰一起加入混凝土中，除各自發(fā)揮作用外，還具有互補(bǔ)優(yōu)勢(shì).

綜上所述，在未加載條件下，混凝土中單摻、混摻聚丙烯纖維或復(fù)合礦物質(zhì)對(duì)混凝土的氯離子滲透性均有影響，其中混摻復(fù)合礦物質(zhì)和聚丙烯纖維對(duì)提高混凝土抗氯離子滲透性作用最大，最優(yōu)配比是摻加纖維體積分?jǐn)?shù)為0.1%，復(fù)合礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%.

2.3 軸壓荷載下不同配比混凝土抗氯離子滲透性能

根據(jù)表6繪制在不同應(yīng)力水平下，單摻0.1%聚丙烯纖維、單摻25%復(fù)合礦物質(zhì)、混摻0.1%聚丙烯纖維和25%復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)(見圖8).根據(jù)圖8，隨著應(yīng)力比的增大，氯離子擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)先略微下降再上升趨勢(shì).當(dāng)應(yīng)力比在0.2以下時(shí)，出現(xiàn)略微下降；應(yīng)力比超過0.2時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)開始增加，在0.2～0.4范圍內(nèi)增加較為緩慢，超過0.4以后，增速明顯提高.

應(yīng)力比η1-素混凝土；2-單摻0.1%聚丙烯纖維； 3-單摻25%復(fù)合礦物質(zhì)； 4-混摻25%復(fù)合礦物質(zhì)和0.1%聚丙烯纖維圖8 混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與應(yīng)力比η關(guān)系Fig.8 Relation between the chloride ion diffusion coefficient and stress ratio η

分析認(rèn)為，軸壓荷載對(duì)混凝土中裂縫形態(tài)和滲透性有2個(gè)截然相反的作用：壓實(shí)和壓裂.與荷載方向垂直的原生裂縫在一定程度上被壓實(shí)，壓縮使混凝土更加致密，滲透性降低；同時(shí)，軸向壓荷載會(huì)引起混凝土中與荷載方向平行的原生裂縫的擴(kuò)展，并促使新裂縫形成，從而導(dǎo)致混凝土滲透性增大.當(dāng)荷載較小時(shí)，壓實(shí)占優(yōu)勢(shì)，隨著荷載的增大，壓裂開始占據(jù)優(yōu)勢(shì).因此，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著荷載的增加，先有一個(gè)降低的過程，然后增大.最初的裂縫大多是單個(gè)短裂縫，氯離子擴(kuò)散系數(shù)增加幅度不大，隨著荷載的增大，局部裂縫連通，形成了較長、較寬裂縫后，氯離子擴(kuò)散系數(shù)增速變大.

由圖8，當(dāng)應(yīng)力比不超過0.2時(shí)，單摻復(fù)合礦物質(zhì)及單摻聚丙烯纖維，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)較混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)的大，這是因?yàn)閺?fù)合礦物質(zhì)的摻入，主要通過二次水化反應(yīng)，改變混凝土基體孔隙結(jié)構(gòu)，增加結(jié)構(gòu)自身的致密性；聚丙烯纖維的摻入可以有效地減小結(jié)構(gòu)的干縮裂縫.混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)的致密性更強(qiáng)，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低．當(dāng)應(yīng)力比超過0.4后，單摻復(fù)合礦物質(zhì)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)增幅大大高于混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)混凝土.這是因?yàn)樵诨炷林谢鞊饺肜w維后，可增大混凝土的斷裂能和韌性.試塊在第一條裂縫出現(xiàn)后不會(huì)立刻破裂，纖維在一定程度上把破壞轉(zhuǎn)移為自身的拉伸，在裂縫間能起到橋接作用，抑制了裂縫的快速擴(kuò)展.因此，混凝土結(jié)構(gòu)中，在可能出現(xiàn)較大裂縫的部位，混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)混凝土較單摻礦物質(zhì)具有更大的優(yōu)勢(shì).

綜上所述，加載條件下，氯離子擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)先略微下降再上升趨勢(shì).當(dāng)應(yīng)力比在0.2以下時(shí)，出現(xiàn)略微的下降；應(yīng)力比超過0.2時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)增大.在相同應(yīng)力比下，混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小.

3 結(jié) 語

本文采用氯離子滲透性試驗(yàn)(NEL法)和微觀掃描電鏡(SEM)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了未加載及施加不同應(yīng)力水平的軸壓荷載時(shí)單摻聚丙烯纖維、單摻復(fù)合礦物質(zhì)，以及混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)，從混凝土試塊的微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能上研究了不同配比混凝土抗氯離子滲透性能，主要結(jié)論如下：

1)單摻聚丙烯纖維時(shí)，纖維的摻入改善了混凝土裂紋形態(tài)及分布，減小了裂紋尖端的應(yīng)力集中程度.隨著纖維摻量的增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)出現(xiàn)了先降低后增加的趨勢(shì)，當(dāng)摻加纖維體積分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)氯離子滲透系數(shù)較素混凝土降低了16.2%，此時(shí)擴(kuò)散系數(shù)達(dá)到最低值.

2)單摻復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)，混凝土中結(jié)構(gòu)密實(shí)性提高，大的孔隙和裂紋較少，與素混凝土界面相比，界面寬度明顯減小.隨著摻量的增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)也呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)，但均低于素混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù).其中，摻入25%的復(fù)合礦物質(zhì)時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)最小，相對(duì)于素混凝土來說，降低了42.9%.

3)混摻適量的復(fù)合礦物質(zhì)與聚丙烯纖維時(shí)，混凝土試塊在微觀結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為骨料和水泥石間的密實(shí)性提高，裂縫數(shù)量和寬度明顯減小；在宏觀性能上表現(xiàn)為氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低，與單摻聚丙烯纖維或單摻復(fù)合礦物質(zhì)相比，混凝土的抗氯離子滲透性有顯著提高.當(dāng)摻加纖維體積分?jǐn)?shù)為0.1%，摻入復(fù)合礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小，相對(duì)于素混凝土來說，降低了72.7%.

4)加載條件下，氯離子擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)先略微下降再上升趨勢(shì).當(dāng)應(yīng)力比在0.2以下時(shí)，出現(xiàn)略微下降；應(yīng)力比超過0.2時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)增大.在相同應(yīng)力比下，混摻聚丙烯纖維和復(fù)合礦物質(zhì)混凝土的氯離子滲透系數(shù)最小.

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Fly Ash / Silicon Ash Polypropylene Fiber Concreteunder Preloading Condition

HE Yabo?, CHEN Baoxun, LIU Sumei, HU Yanpeng

(School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072，China)

Through NEL experimental method and scanning electron microscopy test (SEM), the resistance of chloride ion penetration in the concrete admixed with polypropylene fiber, complex minerals (fly ash/silicon ash with weight ratio of 4∶1), and polypropylene fiber under axial compressive loading or not was studied. The results show that, under no-load condition, the compactness between aggregate and cement stone improves, and the number and the width of the crevice obviously decrease in concrete specimens admixed with appropriate amount of polypropylene fiber and complex minerals. From the view of macro property, the diffusion coefficients of chloride ion decrease, and the anti-chloride ion permeability obviously increases when compared with that of the concrete admixed with polypropylene fiber or multiple minerals. The optimal proportion of the concrete for anti-chloride ion permeability is the composition of 0．1% polypropylene fiber and 25 % complex minerals co-doped. The diffusion coefficients of chloride ion slightly decrease firstly and then increase in concrete under axial compressive load. Under the same stress ratio, the chloride ion diffusion coefficient is the minimum for concrete with polypropylene fiber and complex minerals co-doped.

fly ash； polypropylene fibers; axial compressive load; resistance of chloride ion penetration

2016-03-17

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51278388), National Natural Science Foundation of China(51278388)

何亞伯(1956-)，男，湖南長沙人，武漢大學(xué)教授 ?通訊聯(lián)系人，E-mail: Hyb5610@163.com

1674-2974(2017)03-0097-08

10．16339/j．cnki．hdxbzkb．2017．03．012

TU528.45

AStudy on Resistance of Chloride Ion Penetration in