纖維素纖維混凝土耐久性、高溫抗爆裂及徐變特性.pdf

1、纖維素纖維是繼化學合成纖維之后發(fā)展起來的第三代混凝土工程專用植物纖維，原料取自于高寒地區(qū)的某種特殊植物，有非常高的強度/質量比，親水性好在混凝土拌合物中易分散。纖維素纖維混凝土（Cellulose fiber reinforced concrete，簡稱CFRC）具有抗裂性好、耐久性優(yōu)異的特性。然而，要推廣CFRC在工程中的應用，需要對其性能開展系統(tǒng)研究。本文針對隧道襯砌結構的服役環(huán)境，通過原材料優(yōu)選、配合比設計及成型工藝的優(yōu)化，制備了

2、滿足隧道襯砌結構承載力要求和耐久性能要求的CFRC，對CFRC在彎拉荷載與環(huán)境因素共同作用下的耐久性、抗高溫爆裂和受壓徐變性能進行了試驗研究。
　　首先，探索了纖維素纖維作為混凝土內養(yǎng)護纖維與混凝土耐久性提升措施的可行性與可靠性。采用激光共聚焦顯微鏡與SEM研究了纖維素纖維的空腔結構，測試了纖維片的飽和吸水率、纖維素纖維單絲的力學性能（主要包括拉伸強度和初始彈性模量）、纖維素纖維的吸水特性對水化進程的影響，定量評價了纖維在基體中的

3、分散程度，并觀測了纖維在硬化漿體中的形貌。結果表明，纖維素纖維具有獨特的空腔結構和良好的吸水性，可以在混凝土中均勻分散，纖維空腔所吸收的自由水對混凝土的水化進程不產生影響，可以作為混凝土的內養(yǎng)護纖維。
　　采用應力水平為40％的彎拉荷載與單一環(huán)境因素共同作用，研究了CFRC的抗氯離子滲透性、抗凍性、抗碳化和抗硫酸鹽侵蝕等關鍵耐久性能。結果表明:彎拉荷載與單一環(huán)境因素共同作用下CFRC的耐久性均優(yōu)于未加荷載同環(huán)境因素作用下的基準素混

4、凝土的耐久性。而荷載作用在試件內部引入了微結構損傷，使得荷載作用下的耐久性相比于未加荷載的耐久性指標均有不同程度的削弱，凍融循環(huán)300次后相對動彈性模量下降了8.4％;電通量增加了17％;3d、7d、14d和28d時的碳化深度分別增加了0.2mm、0.7mm、0.6mm和1.3mm。
　　其次，研究了CFRC在300℃、600℃、800℃和1050℃下分別恒溫2.5h、4h和5.5h后的高溫抗爆裂性能，并通過SEM、MIP、熱分析

5、和XRD物相分析等微觀測試技術分析了高溫作用后混凝土的微觀結構劣化規(guī)律與宏觀性能衰減的對應關系及高溫抗爆裂機理。結果表明:纖維素纖維可以顯著提高CFRC的高溫抗爆裂性能。300℃時溫度接近纖維熔點，纖維已經(jīng)出現(xiàn)軟化體積減小，使基體孔隙率增加，此時恒溫時間對CFRC的力學性能影響最顯著，恒溫時間越久，纖維軟化留下的孔隙體積越大，混凝土力學性下降越顯著。此時，基準素混凝土的力學性能損失率為2.3％～33.7％，纖維素纖維混凝土的力學性能損失

6、率為3.0％～29.2％。溫度超過800℃后，恒溫時間的影響不再明顯。微觀測試結果表明:隨著溫度的升高，混凝土中水化產物不斷脫水分解，基體由致密粘結逐漸分散變得疏松，骨料與基體界面出現(xiàn)裂縫，逐漸發(fā)展，最后貫穿。這個過程在宏觀上表現(xiàn)為物理力學性能的不斷損失，直至喪失承載能力。溫度達到纖維素纖維熔點后，纖維熔化，在基體中留下很多孔道，雖然在一定程度上降低了混凝土試件的強度，但減輕了CFRC內部的蒸汽壓力，提高混凝土的高溫抗爆裂性能。

7、　　最后，研究了纖維素纖維摻量為0、0.9kg/m3、1.1kg/m3、1.3kg/m3的混凝土在40％應力水平下的受壓徐變，并對CEB-FIP(2010)的徐變模型進行修正，引入纖維的影響變量，對四個系列混凝土的長期徐變變形性能進行了預測。試驗與預測結果表明:纖維素纖維可以減小混凝土的受壓徐變變形，用于徐變試驗的試件養(yǎng)護齡期越長，纖維越能有效減小混凝土的徐變變形。纖維對混凝土徐變性能的影響主要受纖維在混凝土中的分散、纖維與基體之間的界

8、面層缺陷和纖維釋放內部水分促進周圍基體水化的內養(yǎng)護效用共同影響，與纖維摻量和養(yǎng)護齡期密切相關。通過引入纖維影響參量對CEB-FIP(2010)的徐變模型進行修正，采用修正后的模型對纖維素纖維混凝土長齡期的徐變應變進行了預測。
　　本文創(chuàng)新點在于:提出了纖維素纖維在混凝土中的分散程度定量測試與評價技術、揭示了纖維素纖維作為混凝土內養(yǎng)護纖維的可行性，探明了CFRC在彎拉荷載與環(huán)境因素共同作用下的耐久性以及高溫抗爆裂性能與受壓徐變性能，