不同种纤维混凝土抗冻性能研究

郭振东，张 业，黄志强

(1.中交路桥建设有限公司，北京 100020；2.中交路桥北方工程有限公司，北京 100020；3.沈阳工业大学 建筑与土木工程学院,辽宁 沈阳 110870)

0 前 言

在我国广袤的北方地区，尤其是寒区，混凝土深受不同程度的低温冻融破坏，对建筑物使用安全及经济环保造成巨大威胁。近年来，纤维混凝土材料被国内外学者广泛研究，其结果均表明纤维结构不仅具有可抵消内应力、可塑性强、韧性强、与混凝土粘连性强的潜力，而且在提高混凝土抗冻性方面也发挥重大作用。由于影响纤维混凝土抗冻性的因素种类很多，且纤维混凝土抗冻性研究内容正处于纤维混凝土耐久性研究的发展阶段，因此其研究成果尚且不够全面，缺乏系统性。本文通过综述国内外学者对纤维混凝土抗冻性影响因素的研究，分析总结出改善纤维混凝土抗冻性的最佳措施。

1 对不同种类纤维增强混凝土抗冻性研究

纤维混凝土抗冻性已经成为当下研究的热点内容，众多学者[1-4]研究表明纤维材料掺入混凝土中可以降低混凝土在冻融条件下的质量损失，从而提高纤维混凝土的抗冻性。众多学者[5-6]通过宏观与微观的研究表明，钢纤维在基体中能很好地发挥出阻裂作用，从而明显提高混凝土抗剥落能力和抗冻性能。但是有学者[7]表示，相比于其他种类纤维混凝土来说，不建议在盐冻融环境中使用钢纤维混凝土构件。2015年，滕飞等[8]通过研究表明掺入聚丙烯纤维能够使混凝土在冻融循环过程中的质量损失速度变得缓慢，这一现象说明了聚丙烯纤维的掺入，使混凝土的抗冻性要高于普通缓凝土。

综上所述，在混凝土中掺入上述四种纤维，均可以增强混凝土的抗冻性，一次分析大多数纤维混凝土的抗冻性都要优于普通混凝土。所以研究纤维混凝土抗冻性影响因素对严寒地区来说具有重要的意义。

2 不同因素对纤维混凝土抗冻性的影响

2.1 冻融循环次数

冻融循环次数是影响抗冻性最基础的因素，众多学者在该因素方面研究结果相似。陈升平等[9]则是通过实验数据建立冻融环境下损伤模型的方法，拟合数据分析得出，钢纤维混凝土的损伤度在冻融次数增加的过程中逐渐增大，但相比于普通混凝土，钢纤维混凝土质量损失率曲线上升缓慢，冻融循环125次后，纤钢维混凝土质量损失率增加的缓慢程度更大，钢纤维混凝土抗冻性优势更明显。程红强[10]通过整合试验数据得出冻融循环次数与质量损失率曲线。随冻融循环次数的增加,聚丙烯纤维混凝土损伤不断累积，且冻融循环40次之前，增强抗冻性的作用更明显，40次之后随着冻融次数的增加，增强抗冻性的作用越来越小。该因素的研究程度较为成熟，且研究结果整体上基本一致。

2.2 纤维掺量

在我国北部严寒地区的自然环境中，冻融循环作用的发生是不可避免的，所以会导致纤维混凝土抗冻性下降，因此有学者提出通过增加纤维掺量的方法来改善严寒环境下纤维混凝土抗冻性。

宁喜亮通过实验还得出来钢纤维掺量为20 kg/m3时构件的损伤程度要比40 kg/m3更低一些，抗冻性更优，但对冻融后试件的力学性能改善程度不如掺量为40 kg/m3时的构件。由于纤维混凝土损伤会因冻融循环作用而不断累加，导致劈拉强度不断降低。程红强等通过实验测定聚丙烯纤维混凝土在不同纤维掺量下的劈拉强度，从而得出纤维掺量与构件抗冻性的关系。

PVA纤维掺量增加，纤维混凝土抗冻性先增大后减小，其主要原因有。

1)PVA 纤维具有较大的弹性模量和较好的韧性，能够有效抑制再生裂缝以及裂缝的宽度和长度扩展，能有效减少混凝土内部孔隙连通。

2)低掺量 PVA 纤维，在混凝土中可以更均匀地分布，更大程度地发挥对混凝土的约束作用，可以减少膨胀压力对试件本身抗冻性的影响[11]。

3)通过扫描电子显微镜可以发现，纤维在混凝土中形成的网状结构可能会减少内部气体逸出，从而增大水泥基体内部的含气量，缓解冻融循环过程中的压力[12-15]。

但当 PVA 纤维掺量大于0.5%时，过多的纤维导致混凝土内部微观孔隙变多，增加了混凝土内部生成通孔的可能性，导致毛细孔中的水分增多，毛细孔中膨胀压和渗透压增大，导致混凝土抗冻性能劣化。

2.3 掺纤维方式

2019年，乔宏霞等[16]研究了两种不同掺纤维方式(整体式和层布式)对混凝土抗冻性能的影响。试验数据如图1所示。

图1 质量损失率

如图1所示，从整体上分析可知，冻融循环次数越多，纤维混凝土质量损失率越大。对比两种不同的掺纤维方式，层布式混杂纤维混凝土质量损失率变化范围更小，即抗冻性更优。

3 结 语

纤维增加混凝土的抗冻性已经得到了众多学者的研究，结果表明，纤维增加混凝土的抗冻性效果明显。

1)随着冻融循环次数的增加，纤维混凝土的抗冻性减弱。

2)不同种纤维在其适量的掺量下可明显提高混凝土的抗冻性。

总的来说，纤维可以明显增加混凝土的抗冻性，但对于纤维的混合使用，掺入方式等还可以进行深入的研究，希望找到最合适的纤维来提高混凝土的抗冻性。

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