摘 要：為研究預(yù)加荷載作用下聚丙烯纖維混凝土(polypropylene fiber reinforced concrete，PFRC)的抗?jié)B性能，選用1種聚丙烯粗纖維和2種聚丙烯細(xì)纖維進(jìn)行單摻和混摻，在5種荷載水平下進(jìn)行了氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)，分析了不同混摻比例下PFRC試件在不同荷載水平作用下的氯離子擴(kuò)散系數(shù)變化規(guī)律. 采用壓汞法和電鏡掃描研究了纖維混摻和荷載大小對(duì)混凝土微觀孔結(jié)構(gòu)的影響. 結(jié)果表明：在5種軸向荷載水平下混摻多尺寸PFRC試件A8的氯離子擴(kuò)散系數(shù)分別降低了93.9%、90.8%、77.5%、63.5%和66.5%，均為降低幅度最大的一組，混摻PFRC的抗?jié)B性能優(yōu)于素混凝土和單摻PFRC;同時(shí)粗細(xì)纖維混摻可以形成三維空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，能在不同階段產(chǎn)生協(xié)同作用，有效地提高混凝土在不同荷載水平作用下的抗?jié)B性能.

　　關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維混凝土;混摻;抗?jié)B性能;預(yù)加荷載;氯離子

　　耐久性能不足是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命銳減的主要原因之一，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的安全性和耐久性，已成為學(xué)術(shù)界和工程界重點(diǎn)關(guān)注的問題[1]. 在氯鹽環(huán)境中，混凝土構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生的損傷微裂紋會(huì)成為氯離子的侵入通道，加速混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋銹蝕，造成構(gòu)件耐久性能劣化[2-3]. 研究表明：纖維的摻入可以抑制荷載作用下混凝土裂縫的產(chǎn)生并延緩其發(fā)展，能有效提高混凝土的抗氯離子滲透性能，改善其耐久性能[4-5]. 聚丙烯纖維化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與混凝土材料親和性較好，具有造價(jià)低、質(zhì)輕、摩擦因數(shù)高和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在工程中得到了廣泛應(yīng)用

　　目前，國內(nèi)外對(duì)于聚丙烯纖維混凝土(polypropylene fiber reinforced concrete，PFRC)的抗?jié)B性能已有較多研究. 徐曉雷等[7]研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)聚丙烯纖維體積摻量為0.15%時(shí)，對(duì)混凝土抗?jié)B性能提升最大. Wang等[8]研究表明：聚丙烯纖維能夠顯著提高C50高性能混凝土的抗?jié)B性能. 何亞伯等[9]研究表明：當(dāng)應(yīng)力比在0.2以下時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)出現(xiàn)略微下降;應(yīng)力比超過0.2時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨荷載增大而增大，而纖維的摻入改善了混凝土裂紋形態(tài)及分布，減小了裂紋尖端的應(yīng)力集中. 孫家瑛[10]研究了植物纖維素纖維和聚丙烯纖維對(duì)混凝土在荷載作用下滲透性能的影響，結(jié)果表明：在一定荷載范圍內(nèi)，纖維混凝土的抗?jié)B能力有所提高，當(dāng)荷載超過混凝土破壞荷載30%左右時(shí)，其抗?jié)B能力隨之下降. 張?jiān)茋萚11]通過研究發(fā)現(xiàn)：未施加荷載時(shí)，摻入聚丙烯纖維可以降低混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)，但施加荷載后聚丙烯纖維無法顯著改善混凝土抗氯離子滲透能力. 文獻(xiàn)[12]將不同尺寸的聚丙烯纖維按一定比例混摻到混凝土中，試驗(yàn)結(jié)果表明：多尺寸聚丙烯纖維能夠發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，對(duì)混凝土抗裂性能提升較為顯著，粗細(xì)纖維的混摻可在不同時(shí)期發(fā)揮阻裂效果.

　　綜上所述，纖維的摻入可以抑制混凝土裂縫開展，提升混凝土的抗?jié)B性能. 但目前研究多集中于單摻聚丙烯纖維混凝土，對(duì)于不同尺寸的聚丙烯纖維混摻對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響研究較少，同時(shí)對(duì)于施加荷載后，聚丙烯纖維對(duì)混凝土抗?jié)B性能的提升效果存在爭議. 因此，本文選用3種尺寸的聚丙烯纖維進(jìn)行單摻和不同比例的混摻，通過氯離子滲透試驗(yàn)研究了荷載大小和聚丙烯纖維尺寸對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響，并運(yùn)用壓汞法和掃描電鏡，探究了混摻多尺寸PFRC的抗?jié)B機(jī)理.

　　1 試驗(yàn)概況

　　1.1 試驗(yàn)材料

　　水泥選用P·O 42.5重慶小南海普通硅酸鹽水泥. 細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)為0.8、堆積密度為1 294 kg/m3的特細(xì)砂和細(xì)度模數(shù)為2.9、堆積密度為1 530 kg/m3的天然水洗河砂，二者質(zhì)量比例為2 ∶ 8. 粗骨料選用粒徑為5～10 mm和10～25 mm的石灰石碎石，質(zhì)量比例為4 ∶ 6，其表觀密度分別為2 680 kg/m3和2 690 kg/m3. 減水劑采用聚羧酸減水劑，減水率為15%～30%. 試驗(yàn)采用的兩種聚丙烯細(xì)纖維(FF1、FF2)和一種聚丙烯粗纖維(CF1)的外觀形狀如圖1所示，性能參數(shù)見表1.

　　1.2 配比參數(shù)

　　混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比為：水泥380 kg/m3，水175 kg/m3，砂701 kg/m3，石灰石碎石1 144 kg/m3，減水劑3.8 kg/m3. 根據(jù)試驗(yàn)研究及工程經(jīng)驗(yàn)，細(xì)纖維單摻最佳摻量為0.9 kg/m3，粗纖維單摻最佳摻量為6.0 kg/m3. 為保證各組試驗(yàn)結(jié)果的可比性，各試驗(yàn)組的配合比保持一致，混摻聚丙烯纖維的總量為6.0 kg/m3. 試驗(yàn)采用3種尺寸的聚丙烯纖維進(jìn)行單摻及混摻，各組試件纖維摻量見表2.

　　1.3 試驗(yàn)過程

　　1.3.1 NEL氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)

　　試驗(yàn)采用NEL氯離子擴(kuò)散系數(shù)法測定聚丙烯纖維混凝土的滲透性能. 該方法是基于離子擴(kuò)散和電遷移的一種飽鹽電導(dǎo)率法，結(jié)果可靠性、穩(wěn)定性較好[13]. 參照《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[14]，混凝土試件澆筑共兩批、第一批9組尺寸為100 mm × 100 mm × 100 mm的立方體試件，每組3個(gè)試件. 第一批試件經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行混凝土立方體抗壓強(qiáng)度測試，各組試件的立方體抗壓強(qiáng)度見表3.

　　將第二批尺寸為150 mm × 150 mm × 150 mm立方體混凝土試件，采用單軸加載的方式進(jìn)行預(yù)壓，分別施加0、0.2、0.4、0.6、0.8倍的極限抗壓荷載. 混凝土承受的軸向荷載水平用λ表示，即混凝土試件承受荷載F與極限荷載Fcu的比值，表達(dá)式為：

　　試件取樣以0.5 MPa/s的速率將立方體混凝土試件加載至對(duì)應(yīng)荷載并維持荷載30 min后，使用鉆芯機(jī)垂直于試件受壓方向進(jìn)行鉆芯，并使用磨平機(jī)打磨試件，在鉆芯打磨過程中取試件中間部分，避免表面浮漿層的影響，保證上下表面平整，同時(shí)使用千分尺量取試件中心厚度，得到Φ100 mm × 50 mm的試件，將試件放入4 mol/L的NaCl鹽溶液中并靜置8 h，飽鹽后，使用NEL型混凝土滲透性電測儀測量試樣的氯離子擴(kuò)散系數(shù). 真空飽水設(shè)備為UJS型智能混凝土真空飽水機(jī)，滲透性電測儀為NEL-PEU型混凝土滲透性電測儀. 試驗(yàn)試件制作如圖2所示.

　　1.3.2 壓汞試驗(yàn)及電鏡掃描試驗(yàn)

　　混凝土的孔結(jié)構(gòu)特征直接影響混凝土抗?jié)B性能[15-16]，為研究聚丙烯纖維尺寸和荷載大小對(duì)混凝土微觀孔結(jié)構(gòu)的影響、探究多尺寸PFRC的抗?jié)B機(jī)理，進(jìn)行了壓汞和電鏡掃描試驗(yàn). 壓汞試驗(yàn)采用A0、A3、A6、A8四組尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的混凝土立方體試件，分別對(duì)各組試件施加λ = 0、λ = 0.4和λ = 0.8的荷載進(jìn)行120 min預(yù)壓. 預(yù)壓后選取完整、無人為損傷、大小約為5 mm的細(xì)顆粒，經(jīng)無水乙醇浸泡處理1 d后取出，在100 ℃恒溫烘箱中烘至恒重后，進(jìn)行壓汞試驗(yàn). 壓汞儀選用Pore-master-33型全自動(dòng)壓汞儀.

　　電鏡掃描試樣取自立方體抗壓強(qiáng)度測試后試件中心的碎塊，制成大小約為1 cm3的試塊，經(jīng)無水乙醇浸泡、烘干、噴金后，置于TESCAN-7718型電鏡掃描儀下觀察.

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