钢纤维混凝土抗冻性能试验研究

摘 要：为了研究钢纤维混凝土的抗冻性能，采用快冻法进行了0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%五种不同钢纤维掺量的混凝土在水中和3.5%氯化钠溶液中冻融试验。通过分析冻融循环次数和钢纤维体积率对钢纤维混凝土冻融后质量损失、劈裂强度损失和相对动弹性模量变化的影响，分析了冻融环境下钢纤维对混凝土的增强机理。并且用压汞法和SEM从微观上研究了钢纤维混凝土的孔径分布特征，讨论了微观结构对其抗冻性能的影响。研究表明，在冻融循环作用下掺入适量的钢纤维能够减小混凝土内部的孔隙率、增加密实度，有效阻止混凝土内部微裂缝的产生与发展，提高混凝土的抗冻性能。钢纤维掺量对混凝土抗冻性影响显著，掺量为1.5%时，钢纤维对混凝土抗冻性能改善效果最好。

关键词：钢纤维；混凝土；抗冻性能；冻融循环

中图分类号：TU528.572

文献标志码：A

文章编号：1674-4764（2012）04-0080-05

Experimental Analysis on the Frost Resistance of Steel Fiber Reinforced Concrete

NIU Ditao, JIANG Lei, BAI Min

（School of Civil Engineering, Xian University of Architecture and Technology, Xian 710055, P.R. China）

Abstract:The frost resistance of steel-fiber reinforced concrete (SFRC) was studied based on the fast freeze-thaw tests in water and in a 3.5% sodium chloride solution, with different mass fraction of steel fiber in concrete at 0%, 0.5%, 1.0%, 1.5% and 2.0%, respectively. The effects of the number of freeze-thaw cycles and the volume fraction of steel fiber on the mass lose rate, the splitting strength loss rate and the dynamic modulus of elasticity of SFRC were analyzed. The reinforcement mechanism of the steel fiber under the action of freeze and thaw was also discussed. Moreover, mercury intrusion method and SEM analysis were carried out to study the pore size distribution features and the performance of microstructure on the impact of frost resistance of SFRC. The results show that adding an appropriate amount of steel fiber into concrete can reduce the pore porosity and improve the compactness of concrete. Furthermore, the presence of steel fiber proves to shrink the porosity and improve evidently the frost resistance of concrete. It is also shown that the steel fiber content has a great influence on the frost-resisting property of SFRC. The best performance of SFRC can be achieved when the volume fraction of steel fiber is 1.5%.

Key words:steel fiber; concrete; frost resistance; freeze-thaw cycle

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钢纤维混凝土是近年来发展起来的一种性能优良的复合材料。随着钢纤维混凝土在工程中的广泛应用，其耐久性问题将会是十分重要而迫切需要解决的问题。许多学者对钢纤维混凝土做了大量试验研究，然而多集中于力学性能方面［1-4］，钢纤维对混凝土耐久性影响则研究较少。对于寒冷地区的建筑物而言，冻融作用是导致其结构性能损伤的主要原因［5-7］。冻融循环加剧了混凝土内部初始裂纹扩展并且诱发新裂纹出现和发展，这是混凝土冻融劣化破坏的本质。但是，钢纤维的掺入有效限制了混凝土内部裂纹的形成与扩展，提高了混凝土的抗裂能力。因此，冻害地区钢纤维混凝土耐久性能引起了众多学者的广泛关注。谢晓鹏等［8］和康晶［9］研究表明，钢纤维的掺入延缓了混凝土内部裂纹的形成与扩展，增强了混凝土基体的抗冻性能。Yang等［10］认为钢纤维的掺入降低了混凝土的抗盐冻剥蚀性能，特别是引气混凝土的抗盐冻剥蚀性能。目前，钢纤维混凝土抗冻性能研究的重点主要集中在宏观层面，较少从微观层面对其性能退化规律进行研究，且对盐溶液环境下钢纤维混凝土抗冻性能研究也较少。

本文针对不同掺量的钢纤维混凝土，通过快速冻融试验，从宏观上研究了不同冻融循环次数下钢纤维混凝土质量损失、相对动弹模量变化和劈裂强度损失，并通过压汞和扫描电镜试验微观分析了冻融循环前后混凝土内部微结构变化，分析了钢纤维对混凝土增强作用原理和钢纤维混凝土冻融破坏机理，旨在为冻融环境下钢纤维混凝土耐久性设计提供基础资料。