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(xué)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(zhì)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(yīng)用，需要對其性能開展系統(tǒng)研究。本文針對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境，通過原材料優(yōu)選、配合比設(shè)計及成型工藝的優(yōu)化，制備了

2、滿足隧道襯砌結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)，測試了纖維片的飽和吸水率、纖維素纖維單絲的力學(xué)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(jié)果表明，纖維素纖維具有獨特的空腔結(jié)構(gòu)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(chǎn)生影響，可以作為混凝土的內(nèi)養(yǎng)護纖維。
　　采用應(yīng)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(guān)鍵耐久性能。結(jié)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(zhǔn)素混

4、凝土的耐久性。而荷載作用在試件內(nèi)部引入了微結(jié)構(gòu)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(biāo)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(shù)分析了高溫作用后混凝土的微觀結(jié)構(gòu)劣化規(guī)律與宏觀性能衰減的對應(yīng)關(guān)系及高溫抗爆裂機理。結(jié)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(xué)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(xué)性下降越顯著。此時，基準(zhǔn)素混凝土的力學(xué)性能損失率為2.3％～33.7％，纖維素纖維混凝土的力學(xué)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(jié)果表明:隨著溫度的升高，混凝土中水化產(chǎn)物不斷脫水分解，基體由致密粘結(jié)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(xué)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(nèi)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(yīng)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(yù)測。試驗與預(yù)測結(jié)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(nèi)部水分促進周圍基體水化的內(nèi)養(yǎng)護效用共同影響，與纖維摻量和養(yǎng)護齡期密切相關(guān)。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(yīng)變進行了預(yù)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(shù)、揭示了纖維素纖維作為混凝土內(nèi)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，