2.8　玄武巖纖維水工混凝土的抗凍性能

2.8.1　混凝土抗凍性能試驗

2.8.1.1　試驗混凝土的原材料與配合比

試驗混凝土原材料與上述相同,其中纖維長度為20mm。在固定水膠比和坍落度時,以不同纖維摻量成型混凝土抗凍試驗的試件,纖維摻量以0.5kg/m3(體積摻量為0.15%)遞增,從0.5kg/m3增加到4.0kg/m3(體積摻量為1.26%);在纖維摻量增加的同時通過適當增加外加劑來保證相同的坍落度、水泥及水的用量。C30混凝土的配合比情況見表2.34[43]。

2.8.1.2　試驗方法

纖維混凝土的制備與試件制作方法,執行《水工混凝土試驗規程》(SL/T 352—2006)規定?；炷恋目箖鲂栽囼灻拷M試件3個,尺寸均為100mm×100mm×400mm的棱柱體試模。試件制作完成后1d拆模,在標準養護室養護28d后,在到達試驗齡期的前4d,將試件在20℃±3℃的水中浸泡4d。按《水工混凝土試驗規程》(SL/T 352—2006)的要求測定初始質量和初始自振頻率,每做50次循環對試件檢測一次,測定試件質量和自振頻率,計算相對動彈性模量和質量損失。相對動彈性模量下降至初始值的60%或質量損失率達到5%時,即可認為試件已經破壞,并以相應的凍融循環次數作為混凝土的抗凍等級。

2.8.1.3　試驗結果處理方法

混凝土的相對動彈量按式(2.9)計算,以三個試件測值的平均值作為該組試件的試驗結果[81]:

式中:Pn為n次凍融循環后試件的相對動彈模,%;f0為試件凍融循環前的自振頻率,Hz;fn為試件n次凍融循環后的自振頻率,Hz。

混凝土質量損失按式(2.10)計算,以三個試件測值的平均值作為該組試件試驗結果[81]:

式中:Wn為n次凍融循環后試件質量損失率,%;G0為凍融前的試件質量,g;Gn為n次凍融循環后的試件質量,g。

2.8.2　玄武巖纖維水工混凝土的抗凍性能

根據上述試驗方法及結果,可分析不同纖維摻量對抗凍性能的影響。C30混凝土不同纖維摻量下28d抗凍性能試驗成果見表2.35。

由表2.35可知,當纖維摻量小于等于3.0kg/m3時,C30混凝土抗凍等級一般來說只能達到F150;當纖維摻量為3.5kg/m3和4.0kg/m3時C30混凝土抗凍等級能達到F200。隨著纖維摻量增大,混凝土的重量損失減小,相對動彈模增大。因此,隨著纖維摻量增大,混凝土的抗凍性能增強。實驗結果表明,摻入玄武巖纖維增強了混凝土的抗凍性能。

影響纖維混凝土抗凍性的主要因素有兩個方面。一是溫度、濕度、時間和凍融循環次數等外因;二是纖維混凝土本身的特性,如抗拉極限應變、韌性、含氣量、氣泡性質、纖維摻量和品種等內因。普通混凝土由于含氣量較小,孔隙內部的飽水程度較高,因而受溫度影響也較大。普通混凝土在低溫干燥環境中的強度增長趨勢明顯慢于纖維混凝土。摻入纖維對混凝土抗凍融性能的作用機理主要是微細纖維改善了混凝土內在品質,減少了內部缺陷數量,降低了原生裂隙尺度,提高了混凝土的抗拉極限應變和抗斷裂性能;另外,由于纖維直徑小,單位重量的纖維數量龐大,纖維間距小,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微裂縫的出現和發展,從而抑制了混凝土的凍脹開裂,有益于混凝土低溫環境下的強度增長和抗凍融耐久性的提高[94-95]。