2.8　玄武岩纤维水工混凝土的抗冻性能

2.8.1　混凝土抗冻性能试验

2.8.1.1　试验混凝土的原材料与配合比

试验混凝土原材料与上述相同,其中纤维长度为20mm。在固定水胶比和坍落度时,以不同纤维掺量成型混凝土抗冻试验的试件,纤维掺量以0.5kg/m3(体积掺量为0.15%)递增,从0.5kg/m3增加到4.0kg/m3(体积掺量为1.26%);在纤维掺量增加的同时通过适当增加外加剂来保证相同的坍落度、水泥及水的用量。C30混凝土的配合比情况见表2.34[43]。

表2.34　不同纤维掺量抗冻试验混凝土C30的配合比[43]

2.8.1.2　试验方法

纤维混凝土的制备与试件制作方法,执行《水工混凝土试验规程》(SL/T 352—2006)规定。混凝土的抗冻性试验每组试件3个,尺寸均为100mm×100mm×400mm的棱柱体试模。试件制作完成后1d拆模,在标准养护室养护28d后,在到达试验龄期的前4d,将试件在20℃±3℃的水中浸泡4d。按《水工混凝土试验规程》(SL/T 352—2006)的要求测定初始质量和初始自振频率,每做50次循环对试件检测一次,测定试件质量和自振频率,计算相对动弹性模量和质量损失。相对动弹性模量下降至初始值的60%或质量损失率达到5%时,即可认为试件已经破坏,并以相应的冻融循环次数作为混凝土的抗冻等级。

2.8.1.3　试验结果处理方法

混凝土的相对动弹量按式(2.9)计算,以三个试件测值的平均值作为该组试件的试验结果[81]:

式中:Pn为n次冻融循环后试件的相对动弹模,%;f0为试件冻融循环前的自振频率,Hz;fn为试件n次冻融循环后的自振频率,Hz。

混凝土质量损失按式(2.10)计算,以三个试件测值的平均值作为该组试件试验结果[81]:

式中:Wn为n次冻融循环后试件质量损失率,%;G0为冻融前的试件质量,g;Gn为n次冻融循环后的试件质量,g。

2.8.2　玄武岩纤维水工混凝土的抗冻性能

根据上述试验方法及结果,可分析不同纤维掺量对抗冻性能的影响。C30混凝土不同纤维掺量下28d抗冻性能试验成果见表2.35。

表2.35　不同纤维掺量C30混凝土的抗冻性能　　%

由表2.35可知,当纤维掺量小于等于3.0kg/m3时,C30混凝土抗冻等级一般来说只能达到F150;当纤维掺量为3.5kg/m3和4.0kg/m3时C30混凝土抗冻等级能达到F200。随着纤维掺量增大,混凝土的重量损失减小,相对动弹模增大。因此,随着纤维掺量增大,混凝土的抗冻性能增强。实验结果表明,掺入玄武岩纤维增强了混凝土的抗冻性能。

影响纤维混凝土抗冻性的主要因素有两个方面。一是温度、湿度、时间和冻融循环次数等外因;二是纤维混凝土本身的特性,如抗拉极限应变、韧性、含气量、气泡性质、纤维掺量和品种等内因。普通混凝土由于含气量较小,孔隙内部的饱水程度较高,因而受温度影响也较大。普通混凝土在低温干燥环境中的强度增长趋势明显慢于纤维混凝土。掺入纤维对混凝土抗冻融性能的作用机理主要是微细纤维改善了混凝土内在品质,减少了内部缺陷数量,降低了原生裂隙尺度,提高了混凝土的抗拉极限应变和抗断裂性能;另外,由于纤维直径小,单位重量的纤维数量庞大,纤维间距小,增加了混凝土冻融损伤过程中的能量损耗,有效地抑制了混凝土微裂缝的出现和发展,从而抑制了混凝土的冻胀开裂,有益于混凝土低温环境下的强度增长和抗冻融耐久性的提高[94-95]。