复合盐侵蚀下玄武岩纤维混凝土耐久性研究
新疆南疆地区盐渍土分布广泛,气候干燥且昼夜温差大,土壤和地下（表）水中含有大量的SO42-、Cl-、Mg2+等高浓度的腐蚀性离子,导致该地区许多混凝土工程长期遭受复合盐侵蚀与冻融循环、干湿交替耦合作用,造成结构产生不同程度的腐蚀损伤。玄武岩纤维作为一种新型的绿色环保纤维材料,掺入混凝土中可以有效提高混凝土的力学性能和耐久性能。因此,研究玄武岩纤维掺量对早龄期混凝土基本力学性能的影响规律、复合盐侵蚀与干湿循环耦合作用和复合盐侵蚀与冻融循环耦合作用下玄武岩纤维混凝土的腐蚀劣化机理,对解决该地区工程结构混凝土的耐久性病害问题,具有重要的理论和工程应用价值。本文主要研究结果如下:（1）通过开展不同体积掺量（0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）玄武岩纤维混凝土试件分别在不同养护龄期（3 d、7 d、28 d）的宏观力学性能试验和微观结构分析（SEM扫描电镜图像）,分析玄武岩纤维在混凝土中的分布特征,确定玄武岩纤维的最佳掺量,以提高混凝土的早期力学性能。试验结果表明:玄武岩纤维的掺入可以有效提高混凝土的早期力学性能,当掺量为0.2%时,对混凝土试件的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度提高效果最显著,相较于0%纤维掺量试件的相应强度提高幅度分别为23.31%和34.78%。当玄武岩纤维掺量为0.4%时,对混凝土抗折强度的提高效果最佳,且相较于0%掺量混凝土试件的抗折强度提高了12.62%。但是,随着掺量的逐渐增大玄武岩纤维混凝土试件的力学性能却发生不同程度的下降,说明纤维在混凝土中的掺量并不是越多越好。同时,通过SEM扫描电镜图像观察可知,玄武岩纤维的“桥接”作用,阻止了混凝土内部微裂缝的扩展,当受到外部荷载作用时,纤维与水泥基体共同受力,随着荷载逐渐增大,玄武岩纤维被拉断或拔出,混凝土试件随即发生破坏。（2）通过对达到规定复合盐侵蚀-干湿循环与复合盐侵蚀-冻融循环次数的不同掺量（0%、0.1%、0.2%、0.3%）玄武岩纤维混凝土试件进行表观形态观察、质量与动弹性模量测定,以相对动弹性模量和质量损失率两个指标反映混凝土试件的宏观耐久性能变化规律。结果表明,玄武岩纤维的掺入可提高混凝土抵抗复合盐侵蚀的能力,当纤维掺量为0.3%时,试件的相对动弹性模量与质量损失率曲线变化最稳定。（3）运用SEM（扫描电镜）、EDS能谱和XRD衍射对复合盐侵蚀-干湿循环、复合盐侵蚀-冻融循环试验的腐蚀产物进行微观形貌与成分组成分析得出,玄武岩纤维混凝土的腐蚀产物多为钙矾石（AFt）与石膏,并且随着玄武岩纤维的掺入,钙矾石和石膏的生成量逐渐减少,掺入玄武岩纤维可使混凝土表层及内部Ca（OH）2的消耗速率降低,因此,玄武岩纤维的掺入可抑制混凝土内部腐蚀产物的生成速率和数量。（4）复合盐侵蚀-干湿循环耦合作用下,玄武岩纤维混凝土试件的腐蚀产物（钙矾石、石膏）在其内部微裂缝中逐渐生长并遍布裂缝周围,随着干湿循环作用次数的增加,腐蚀产物所产生的膨胀压力导致原有裂缝持续加深变宽,同时,又引起许多新的微细裂缝产生使得复合盐溶液更易进一步向混凝土内部渗入造成腐蚀破坏。在复合盐侵蚀-冻融循环作用下,试件主要是由于复合盐溶液的渗入在冻融循环作用下发生“冻胀”,破坏混凝土内部毛细管道,使得混凝土发生盐冻胀开裂进而引起结构性损伤。混凝土在复合盐侵蚀下的损伤破坏是一个长期缓慢的过程,溶液中的腐蚀性离子在混凝土内部起到相互影响的作用,造成的破坏主要为化学腐蚀破坏和盐类结晶物理破坏。
- 作者：
- 李曦彤
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2022年
- 导师姓名：
- 王成
- 中图分类号：
- TU528.572
- 关键词：
- 玄武岩纤维混凝土；复合盐溶液；干湿循环；冻融循环；微观结构
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- 基金项目：
- 国家自然科学基金项目“南疆极端干旱盐渍土地区混凝土腐蚀劣化机理及寿命预测研究”的部分研究成果（项目编号:52168035）课题主持人:王成教授（塔里木大学）%新疆生产建设兵团区域创新引导计划项目“南疆盐渍土环境下玄武岩纤维混凝土抗冻防腐性能及其工程应用研究”的部分研究成果（项目编号:2018BB045）课题主持人:王成教授（塔里木大学）