硫酸盐环境下海水海砂钢纤维混凝土抗压强度研究

李莹

摘 要：为了考察硫酸盐环境下海水海砂钢纤维混凝土抗压强度的退化规律，通过开展海水海砂钢纤维混凝土抗压强度试验，并以普通混凝土为对比试件，分析钢纤维体积率、硫酸盐腐蚀时间对钢纤维混凝土抗压强度的影响规律。试验结果表明：硫酸盐环境。

关键词：海水;海砂;钢纤维;硫酸盐环境;抗压强度

1 绪论

根据《2015-2020年中国破碎设备行业市场分析与投资战略规划报告》，中国砂石产量约占世界总产量的35%，中国仅2014年砂石需求已经达到140×108t，预测2030年可达250×108t[1]。由于过度开采，目前国内河沙告急，向海洋环境获取混凝土基材资源，已经成为国研究的热点，而由于海水海砂特殊的物质组成，海水中的Cl-使得混凝土中钢筋发生锈蚀，横断面减小，黏结力减弱[2];海砂中的碱性物质又会与混凝土发生反应引起膨胀开裂，导致结构承载力降低，加速Cl-再次侵蚀[3]。因此淡化海水海砂成了制备海水海砂混凝土（以下简称SRAC）的首先重要环节，部分学者不注重海水海砂混凝土的淡化，转向在混凝土基材中掺入钢纤维，用钢纤维的界面“桥连”作用强化混凝土的损伤破坏[4]。因此可以说海水海砂钢纤维混凝土的力学性能是由于海水海砂和钢纤维二者共同作用的结果。

目前罕为见到硫酸盐环境下海水海砂钢纤维混凝土的力学性能试验，相关研究亟待开展，因此本文通过以纤维体积率、硫酸盐腐蚀时间为参数，并以普通混凝土（以下简称NAC）为对比试件，考察以上2个参数对海水海砂刚纤维混凝土抗压强度的影响。

2 试验过程

2.1 试验原材料

水泥采用国标P·O 42.5硅酸水泥;钢纤维采用L型弓型钢纤维，其抗拉强度达到600MPa;天然河砂：中砂（大洋河丰仁砂场），细度模数2.5;海砂：细砂（灵寿县健之源矿产品加工厂），细度模数2.24，氯离子含量（质量分数，下同）为0.087%，贝壳含量为2.31%;天然粗骨料碎石：5-40mm（黄土坎丰达石场）;减水剂-STA-PCA（沈阳斯达博材料有限公司），减水率为15%;粉煤灰-I级（丹东华能电厂）;水：取自饮用水;海水：取自大连市星海湾天然海水。混凝土的配合比及材料物理力学性能如下表所示。

2.2 钢纤维配置

根据国内外钢纤维体积率经验，配置钢纤维体积率为0%、0.5%、1%、1.5%。并按照上表配比，做好尺寸为150×150×150cm3的NAC和SRAC试件。

2.3 试验方法

试件按照标准养生室环境进行养生，28天后，按照《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081-2016）[5]开展相应力学性能检测。

3 试验结果与分析

3.1 试验现象

当荷载加载至破坏强度，普通混凝土已经在试件中部崩裂破坏，出现四角锥破坏形式，见图1（a）所示。而掺入钢纤维的混凝土试件，韧性得到明显增强，试件承载力得到增强，破坏较为温柔，试件出现少量裂隙，见图1（b）所示。

3.2 试验结果分析

由图2可见，随着混凝土强度等级提高，立方体抗压强度增加，且随着钢纤维含量提升，抗压强度亦随之提升。海水海砂混凝土抗压强度总体上低于普通混凝土，在相同钢纤维含量下，分别低于普通混凝土11.71%、8.99%、8.54%和12.64%，随着钢纤维含量增加，这种差距逐渐缩小，但在1.5%含量下，产生数据突变。

从图3可以看到，随着钢纤维体积率的增加，立方体抗压强度得到逐渐提升，且普通混凝土要遠高于海水海砂混凝土。这是钢纤维的“弓”字结构带来的影响，使得混凝土基材与钢纤维界面过渡区产生搭接结构，增强混凝土内部韧性及抗拉性能。

4 结论

（1）随着钢纤维体积率的增加，立方体抗压强度得到逐渐提升，且普通混凝土要远高于海水海砂混凝土。

（2）随着硫酸盐环境的腐蚀，立方体抗压强度呈现先降低后增加的趋势。

（3）硫酸盐环境下，钢纤维体积率的最佳分散比为1.5%。

参考文献：

[1]ALI-AHMAD M，SUBRAMANIAM K，GHOSN M.Experimental investigation and fracture analysis of debonding between concrete and FRP sheets[J].J EngG Mech，2006，132：914-923.

[2]李杉.环境与荷载共同作用下FRP加固混凝土耐久性[D].大连：大连理工大学，2009.

[3]王苏岩，李璐希，洪雷.荷载与冻融循环对CFRP-高强混凝土黏结性能影响[J].建筑材料学报，2016（06），479-484.

[4]American Society of Civil Engineers（ASCE）.Report card for Americas infrastructure.ASCE;2005.

[5]中华人民共和国住房与城乡建设部.普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2016）[S].北京：中国建筑科学研究院，2016.