复合盐侵蚀作用下聚丙烯纤维混凝土劣化机理试验研究
南疆地区土壤盐渍化严重,气候环境恶劣,导致大量的混凝土建筑物基础、桥梁和混凝土路面等出现了不同程度的混凝土腐蚀、开裂和钢筋锈蚀等耐久性病害,严重制约当地的工农业生产以及经济社会快速发展。因此,寻求有效解决本地区混凝土腐蚀劣化的措施和方法,是当前亟待解决的科学技术难题。本文紧密结合南疆阿克苏地区的气候条件和盐渍土壤环境,开展聚丙烯纤维混凝土腐蚀劣化的室内加速试验和现场暴露试验研究,其中,室内加速试验分为长期浸泡和盐蚀-干湿循环两种试验工况。在试验进程中,定期（30d）对混凝土试件的质量和动弹性模量进行检测,以相对动弹性模量评价参数、相对质量评价参数作为混凝土宏观性能的评价指标,应用SEM、EDS和XRD等微观及矿物测试技术,分析试验进程中混凝土腐蚀产物的微观形貌和矿物成分,通过宏观性能劣化和微观结构损伤之间的对比分析,揭示南疆盐渍土环境下聚丙烯纤维混凝土的腐蚀劣化机理。（1）根据阿克苏地区8团典型盐渍化土壤中的腐蚀性离子含量和气候环境,开展了复合盐蚀-干湿循环试验。由试件的相对质量评价参数（ω1）和相对动弹性模量评价参数（ω2）分析发现,聚丙烯纤维体积掺量为0%、0.1%、0.3%和0.5%的聚丙烯纤维混凝土试件在复合盐侵蚀-干湿循环作用下分别为:试件ω1在试验0-30d出现下降趋势,30d-90d有所上升,随后90d-120d开始下降;ω2在0d-30d有所上升,在不同浓度复合盐溶液中,当聚丙烯纤维体积掺量为0.3%的试件循环周期为30d时,ω2均达到最大值,最大值分别1.642、1.666、1.718、1.695,此时聚丙烯纤维体积掺量为0.3%的混凝土试件相对动弹性模量曲线处于最上部;30d开始呈下降趋势,60d以后下降速率增大,当下降至120d时,聚丙烯纤维体积掺量为0.3%的混凝土试件ω2的值仍然最大,并且此时曲线处于最上方。通过对比发现,聚丙烯纤维的掺入能够抑制混凝土的腐蚀劣化速度,且当体积掺量为0.3%时,抑制效果最好。（2）为了模拟长期处于含盐环境水浸泡下的水工混凝土建筑物,开展了室内长期浸泡试验,选用ω1和ω2作为试件耐久性评价指标,不同体积掺量的聚丙烯纤维混凝土在不同浓度的复合盐溶液中耐久性能变化规律为:试件ω1和ω2从试验开始到试验120d时一直呈上升趋势,0-30d上升幅度较大30d-120d趋于平缓,通过对比干湿循环和长期浸泡两种试验工况下的试验结果发现,相同体积掺量的聚丙烯纤维混凝土试件在相同浓度的复合盐溶液侵蚀环境下,在30d-120d此段时间内长期浸泡试验制度下,ω2的值均不断上升,且并未出现下降趋势,在120d时ω2出现最大值,此时最大值均大于干湿循环试验制度下ω2的值,所以同体积掺量聚丙烯纤维混凝土试件在干湿循环下更容易被破坏,试验结果表明,干湿循环对混凝土损伤更严重。（3）将体积掺量分别为0、0.1%、0.3%、0.5%的聚丙烯纤维混凝土试件半埋置于阿克苏地区土壤盐渍化较重的8团试验点,同样选用相对质量评价参数和相对动弹性模量评价参数来作为试件在八团试验点处耐久性评价指标,得出劣化规律,在埋置0-60d时ω1和ω2均上升趋势,90d-300d有所波动,但是波动幅度较小,300d以后开始下降,对比不同体积掺量聚丙烯纤维混凝土ω1、ω2得出,体积掺量为0.3%时,抗侵蚀效果较好。（4）通过对聚丙烯纤维混凝土试件的早龄期立方体抗压强度结果分析表明:体积掺量与耐久性试验相同,分别为:0、0.1%、0.3%、0.5%,分别对其3d、7d、28d抗压强度进行测试,测试结果发现,龄期为3d时,聚丙烯纤维体积掺量0.1%抗压强度最高,龄期为7d、28d时体积掺量0.3%聚丙烯纤维混凝土抗压强度最高,采用SEM扫描电镜发现,当试件内部聚丙烯纤维掺入过多时会出现“抱团”现象,不利于提高试件的抗压强度,但是聚丙烯纤维掺入后能够减少试件裂缝的产生与发展,其“阻裂效应”可以改善混凝土抗压强度。（5）室内外试验结束后,通过SEM电镜扫描可以看到,试件内部均有针状物、杆状物生成,此物质为钙矾石和石膏,这些生成物前期可填充试件内部孔隙,在宏观方面表现为耐久性评价指标上升,后期这些膨胀产物所产生的膨胀应力不断增大,从而微小的裂缝逐渐变为贯通性的裂缝,进而劣化速度进一步加速,直至最终达到失效状态。另外结合EDS和XRD确定出试件内部均有钙矾石和石膏生成,并且试件内部均产生硫元素,进一步表明,外部环境硫酸盐已经侵蚀了试件。
- 作者：
- 亓泽霖
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2021年
- 导师姓名：
- 王成
- 中图分类号：
- TU528
- 关键词：
- 聚丙烯纤维混凝土；盐渍土腐蚀；评价参数；微观分析；劣化机理
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- 基金项目：
- 兵团区域创新研究计划项目“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）