纖維素纖維混凝土和素混凝土試件相對動(dòng)彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系見圖1所示。可以看出，在凍融循環(huán)初期，纖維對改善混凝土抗凍性能作用不大，但隨著凍融次數(shù)的增加，纖維的作用逐漸顯示出來，300次后素混凝土的相對動(dòng)彈模量降為42．46％，纖維混凝土相對動(dòng)彈模量值均在70％左右，即纖維的摻人大幅改善了混凝土的抗凍性能，即使摻量為0．9 kg／m3的纖維素纖維也可明顯改善混凝土的抗凍性能。比較素混凝土和纖維混凝土動(dòng)彈性模量下降速度，發(fā)現(xiàn)素混凝土在凍融循環(huán)75次后，其動(dòng)彈模量下降開始加快，150次后相對動(dòng)彈模量降為61．94％；而纖維混凝土下降速度相對來說為緩慢，且在150次后才開始有明顯下降，隨后下降速率減慢，即使300次后其動(dòng)彈模量仍維持在70％左右。表明纖維的摻入確實(shí)改善了混凝土的抗凍性能。

       解釋混凝土凍害機(jī)理一般認(rèn)為是靜水壓和滲透壓假說。靜水壓認(rèn)為混凝土試件在受凍過程中由于表層溫度較低，凍結(jié)從混凝土表面開始。隨著凍融循環(huán)次數(shù)／次圈l 不同纖維摻量混凝土相對動(dòng)彈模隨凍融循環(huán)次數(shù)變化規(guī)律25溫度下降，首先結(jié)冰的是混凝土表面孔隙中的部分孔溶液與游離水。由于結(jié)冰時(shí)的體積膨脹，未結(jié)冰的孔溶液受壓從結(jié)冰區(qū)向混凝土體內(nèi)遷移。孔溶液在可滲透的水泥漿體中移動(dòng)，必須克服黏滯阻力，形成水的壓力梯度，因而產(chǎn)生靜水壓，對混凝土產(chǎn)生破壞作用。

       滲透壓假說從另外一方面補(bǔ)充了混凝土凍害的機(jī)理。當(dāng)混凝土處于飽水狀態(tài)時(shí)，毛細(xì)孔中的水隨溫度的下降而結(jié)冰，但膠凝孔中的水并不結(jié)冰，而是處于過冷狀態(tài)。過冷水的蒸汽壓是高于冰的蒸汽壓的，所以膠凝孔中的過冷水就會(huì)向毛細(xì)孔中冰的界面處發(fā)生滲透。過冷水的移動(dòng)同樣要克服黏滯阻力，于是在毛細(xì)孔中又產(chǎn)生一種滲透壓力，同樣對混凝土產(chǎn)生破環(huán)作用。

       由靜水壓理論可知，靜水壓的大小與孔溶液的流程長度呈正比。由于纖維素纖維天然的親水性和獨(dú)特的空腔設(shè)計(jì)，當(dāng)混凝土受凍過程中，未結(jié)冰的孔溶液和自由水受壓遷移時(shí)，一部分可以進(jìn)入纖維內(nèi)，從而縮短了其流程長度，減小了靜水壓力，減弱了對混凝土的破壞；另外由于纖維在混凝土中的散亂分布，阻止了混凝土的內(nèi)原有孔道的連通，減弱了混凝土內(nèi)的毛細(xì)現(xiàn)象。從滲透壓理論解釋也可認(rèn)為纖維的存在減小了混凝土內(nèi)部的滲透壓，減弱了凍融對混凝土的破壞。

       總之，影響纖維混凝土低溫性能和抗凍性的主要因素有3方面：

      (1)溫度、濕度、時(shí)間和凍融循環(huán)次數(shù)等外因；

      (2)纖維摻量、纖維與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度；

      (3)纖維混凝土本身的特性，如抗拉極限應(yīng)變、韌性、含氣量、氣泡性質(zhì)等內(nèi)因。

      普通混凝土由于含氣量較小，孔隙內(nèi)部的飽水程度較高，因而受溫度影響也較大。普通混凝土在低溫干燥環(huán)境中的強(qiáng)度增長勢明顯慢于纖維混凝土，且抗凍融性也大大低于纖維混凝土。摻入纖維素纖維對混凝土低溫和抗凍融性能的作用機(jī)理不同于引氣劑。首先，纖維混凝土含氣量增大，緩解了低溫循環(huán)過程中的靜水壓力和滲透壓力；其次，數(shù)千萬根微細(xì)纖維改善了混凝土的內(nèi)在品質(zhì)，減少了內(nèi)部缺陷數(shù)量，降低了原生裂隙尺度，提高了混凝土的抗拉極限應(yīng)變和斷裂能等抗拉性能；另外，由于纖維素纖維直徑小，單位質(zhì)量的纖維數(shù)量龐大(約15．9億根／kg)，纖維間距小，增加了混凝土凍融損傷過程中的能量損耗，有效地抑制了混凝土的凍脹開裂，有益于混凝土低溫環(huán)境下的強(qiáng)度增長和抗凍融耐久性的提高。

       結(jié)論：

       (1)混凝土凍融循環(huán)過程中，在混凝土試件表面首先出現(xiàn)了孔洞，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這些孔洞逐漸形成坑槽，直至在混凝土表面出現(xiàn)了裂縫，試件破環(huán)。

       (2)纖維素纖維可以顯著改善混凝土的抗凍性能，并且隨著凍融次數(shù)的增加，其效果越明顯。當(dāng)凍融300次后，纖維素纖維混凝土的相對動(dòng)彈模量是素混凝土的160％左右，混凝土中摻入纖維素纖維是提高抗凍標(biāo)號的有效措施之一。

       (3)纖維混凝土相對動(dòng)彈模量值與凍融循環(huán)次數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果表明，在凍融循環(huán)初期，混凝土內(nèi)部原有的初始缺陷對其動(dòng)彈模量的負(fù)面影響要比纖維正面效應(yīng)明顯；隨著凍融次數(shù)的增加，纖維對改善混凝土抗凍性能的作用逐漸明顯，且隨著纖維摻量的增加，作用愈加明顯。

       (4)UF500纖維素纖維的天然親水性和獨(dú)特的空腔結(jié)構(gòu)，減短了混凝土內(nèi)部的孔溶液和自由水的流程，減小了靜水壓力；眾多散亂分布的纖維阻斷了毛細(xì)孔道的連通，減小了混凝土內(nèi)部的滲透壓，減弱了混凝土內(nèi)部的自應(yīng)力，減輕了內(nèi)部損傷，提高了混凝土的抗凍性能。

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