层布式钢纤维混凝土和层布式混杂纤维混凝土的抗冻性能研究

向胜华 王耀立 刘胜光

1 机械工业第六设计研究院有限公司（450000） 2 山东省滨州市规划设计研究院（256600）

水泥混凝土路面是一种经常被采用的路面形式。公路的使用寿命和使用功能的提高是人们关心的问题，目前，通过合理地选择材料，将高强高弹模钢纤维与低弹模合成纤维混杂在混凝土中，使它们在不同层次和受荷阶段相互取长补短。

立足于层布式钢纤维混凝土的结构形式，在大量试验和理论分析的基础上，就层布式钢纤维混凝土（LSFRC）、层布式混杂纤维混凝土（LHFRC）两种不同结构形式，通过与素混凝土(C)的比对试验，进行抗冻性研究。

1 试验研究

提高材料的耐久性己遍及材料科学与工程的各个领域。作为路面工程的新型结构形式的层布式钢纤维混凝土结构，其耐久性也是研究的重要课题之一。通过对层布式钢纤维混凝土和层布式混杂纤维混凝土抗冻性能的试验研究，探讨其在耐久性方面的特点，为其广泛应用奠定基础。

抗冻试验∶混凝土在经受冻融作用后遭受破坏的程度主要反映在密实度、强度及动弹性模量的下降。试件产生严重剥蚀时，其承载面积减小，内部结构可能破坏。剥落量是反映试件表面局部破坏的参数。对测定终止冻融循环时试件的抗压强度与同龄期的非冻融试件作比较。

2 试验结果与分析

冻融试验结果如表1，经过分析可以得到∶

1）相对动弹性模量∶随着冻融循环次数的增加，LSFRC和C的相对动弹性模量降低趋势基本相同,并且都在冻融100次时降至60%以下,分别为46.4%和52.0%。因此层布式钢纤维对混凝土的抗冻性能影响不大。LHFRC的相对动弹性模量在冻融初期阶段与C有相同的下降趋势。但在冻融25次以后,其降低率小于素混凝土的。在冻融100次时LHFRC的相对动弹性模量为71%,比素混凝土的高36.5%。

表1 冻融试验结果

2）质量损失∶100次冻融循环后，C和LSFRC的质量损失为0.2%，而LHFRC基本上没有质量损失，直到125次冻融循环后，LHFRC仅损失0.1%。

3）力学性能∶75次冻融循环后，LSFRC和C的抗压强度与28 d强度相比都有较大幅度的降低，其降低率分别为8.9%和7.1%。而LHFRC的抗压强度变化不大，仅降低1.9%。

综上所述，LHFRC的抗冻性能明显优于普通混凝土，而LSFRC对混凝土的抗冻性能影响不大。

3 结论

层布钢纤维对混凝土的抗冻性能改善不大。而聚丙烯纤维在混凝土中呈三维乱向分布。首先，它在混凝土中彼此粘连，起到了“撑托”骨料的作用，有效地抑制了混凝土硬化前连通裂缝的产生，避免了连通毛细孔的形成，改善了水泥石的结构，从而提高了混凝土的抗渗性能。抗渗能力的提高，使外界环境的水分就难以渗透进入混凝土内部孔隙之中，从而减少了孔内可冻水，改善了混凝土抗冻性能；其次，乱向分布的微细纤维相互交错搭接，阻碍了混凝土搅拌和成型过程中内部空气的溢出，使混凝土的含气量增大，缓解了低温过程中的静水压力和渗透压力；再次，聚丙烯纤维的弹性模量相对高于凝结初期基体的弹性模量。这增加了塑性和硬化初期复合体的抗拉强度，使混凝土内部自生微裂缝减少；最后，合理的掺配量和搅拌工艺保证了纤维在混凝土中的均匀性，增加了混凝土冻融损伤过程中的能量损耗，有效地抑制了混凝土的冻胀开裂。

[1]郭大智,冯德成.层状弹性体系力学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001:1～27.

[2]王发洲,胡曙光,等.高性能复合道路水泥混凝土的研究[J].中国公路学报,2001,13(3):12～14.