氯鹽環(huán)境下聚丙烯纖維混凝土耐久性能研究！

聚丙烯纖維混凝土作為對(duì)普通混凝土的改良，以其優(yōu)良的阻裂和抵抗變形的能力廣泛應(yīng)用于重大工程中，聚丙烯纖維混凝土在服役過程中同樣會(huì)經(jīng)受各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，其耐久性失效的問題同樣無法忽視。氯鹽環(huán)境中氯離子侵蝕與鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要研究內(nèi)容，其中氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕是海工混凝土耐久性失效的重要原因，研究氯離子在聚丙烯纖維混凝土中的傳輸規(guī)律，對(duì)進(jìn)一步研究聚丙烯纖維混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性及壽命預(yù)測具有非常重要的意義。本文通過試驗(yàn)研究了海洋水下區(qū)、海洋潮汐區(qū)、海洋鹽凍環(huán)境、嚴(yán)寒地區(qū)海洋潮汐區(qū)四種氯鹽環(huán)境下聚丙烯纖維混凝土的耐久性能，分析了混凝土中氯離子的輸運(yùn)機(jī)制，并建立了相應(yīng)的氯離子擴(kuò)散模型，具體內(nèi)容如下：利用干燥失水法和掃描電鏡試驗(yàn)研究了聚丙烯纖維混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，當(dāng)聚丙烯纖維摻量從0增加到0.1%，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越來致密，有效孔隙率逐漸降低；當(dāng)聚丙烯纖維摻量從0.1%增加到0.5%，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸疏松，有效孔隙率逐漸增加。根據(jù)理論分析與試驗(yàn)結(jié)果，建立了聚丙烯纖維混凝土孔隙率的計(jì)算方法，為建立聚丙烯纖維混凝土中氯離子輸運(yùn)模型奠定基礎(chǔ)。采用長期浸泡和干濕交替方式分別模擬海洋水下區(qū)與海洋潮汐區(qū)環(huán)境，研究了纖維摻量對(duì)聚丙烯纖維混凝土中氯離子擴(kuò)散性能的影響，結(jié)果表明，適量的聚丙烯纖維可降低侵入混凝土內(nèi)部的氯離子含量；干濕交替作用下混凝土中氯離子峰值含量與長期浸泡作用下的峰值含量接近；長期浸泡作用下混凝土中氯離子峰值出現(xiàn)于混凝土表面；由于對(duì)流作用以及孔隙類似“墨水瓶-束管”微結(jié)構(gòu)的存在，干濕交替作用下氯離子在距離混凝土表面一定深度處存在峰值。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與理論分析，分別建立了聚丙烯纖維混凝土中峰值氯離子含量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨纖維摻量變化的數(shù)學(xué)模型。采用在氯鹽溶液中凍融循環(huán)的方式模擬海洋鹽凍環(huán)境，結(jié)果表明，聚丙烯纖維抑制了混凝土表層剝蝕和內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展，有效降低了混凝土的質(zhì)量損失率、相對(duì)動(dòng)彈性模量以及抗折強(qiáng)度損失率。由于對(duì)流作用和脫鹽作用的存在，氯離子在距離混凝土表面一定深度處存在峰值，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨鹽凍循環(huán)次數(shù)逐步減小，且隨纖維摻量的增大而增大；基于混凝土鹽凍損傷方程，分別建立聚丙烯纖維混凝土中峰值氯離子含量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨鹽凍損傷度變化的數(shù)學(xué)模型。采用干濕-鹽凍復(fù)合試驗(yàn)方式模擬嚴(yán)寒地區(qū)海洋潮汐環(huán)境，研究了循環(huán)次數(shù)和纖維摻量對(duì)混凝土內(nèi)部損傷和氯離子輸運(yùn)性能的影響，并與干濕交替和鹽凍循環(huán)作用下的混凝土中氯離子分布進(jìn)行對(duì)比分析。研究表明，鹽凍循環(huán)與干濕交替共同加速了混凝土表層氯離子的沉積，氯離子在距離混凝土表面一定深度處存在峰值，分別建立了聚丙烯纖維混凝土中峰值氯離子含量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨損傷度變化的數(shù)學(xué)模型。基于Fick第二定律，考慮纖維摻量和鹽凍損傷對(duì)聚丙烯纖維混凝土氯離子擴(kuò)散性能的影響，針對(duì)不同的氯鹽侵蝕環(huán)境分別建立聚丙烯纖維混凝土的氯離子擴(kuò)散模型，并對(duì)模型進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果吻合較好，模型的建立為氯鹽環(huán)境下聚丙烯纖維混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與壽命預(yù)測奠定了基礎(chǔ)。