干湿循环作用下硫酸盐镁盐复合侵蚀玄武岩纤维混凝土断裂性能试验研究

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服役于我国近海沿岸、盐渍土地区以及含酸碱性工业废水环境下的混凝土结构,长期经受SO42-、Mg2+等离子的强烈腐蚀,在使用不久后极易出现开裂以及材料脱落等劣化问题,威胁着混凝土结构的安全运行。工程上通过在混凝土中添加外掺剂如纤维材料来改善混凝土的工作性能,玄武岩纤维混凝土作为一种新型建筑复合材料,凭借着优良的力学性能、耐久性能和抗冲击性能,被广泛应用于改善混凝土结构的性能。而玄武岩纤维混凝土结构在服役过程中,仍然会受到各种腐蚀介质的侵蚀,从而引发严重的劣化现象,在此期间,玄武岩纤维混凝土的性能如何演化,在工程上备受关注。本论文针对以上问题,开展在干湿循环作用下受硫酸盐镁盐复合侵蚀后的玄武岩纤维混凝土的基本力学性能以及断裂性能试验,揭示了不同纤维掺量下的玄武岩纤维混凝土在经历硫酸盐镁盐复合侵蚀后的性能劣化规律,建立了抗压强度以及断裂能演化模型,并结合试验数据验证了模型的可靠性,为玄武岩纤维混凝土的耐久性设计以及断裂破坏风险分析提供了一定的参考依据。本论文的相关研究内容以及主要结论如下:(1)对不同干湿循环次数下不同纤维掺量的玄武岩纤维混凝土试件进行抗压强度以及劈裂抗拉强度试验研究,试验结果表明:在不同干湿循环次数下,掺量为0.2%左右的玄武岩纤维混凝土试件的抗压强度提升效果最为明显,而相对于劈裂抗拉强度而言,0.3%纤维掺量的混凝土提升幅度最大;不同玄武岩纤维掺量的混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均在第8次干湿循环时达到峰值,之后随着干湿循环次数的增加出现不同程度的下降。(2)针对不同干湿循环次数下不同纤维掺量的玄武岩纤维混凝土开展断裂性能试验研究,利用楔入劈拉法测定混凝土的竖向起裂荷载、竖向峰值荷载、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度以及断裂能等一系列断裂参数,结果表明:不同纤维掺量的混凝土在不同干湿循环次数后横向起裂荷载与横向峰值荷载的比值随着侵蚀时间的增长在逐渐在上升,表明随着侵蚀时间的延长,混凝土的脆性特征也愈发显著;在不同干湿循环次数下,0.2%纤维掺量混凝土的失稳断裂韧度以及断裂能增强效果最佳。(3)利用抗压强度以及断裂能试验值,建立了以不同纤维掺量和干湿循环次数为自变量,混凝土抗压强度或断裂能为因变量的演化模型,经分析后表明,两个演化模型均能较好地拟合不同干湿循环作用下不同纤维掺量混凝土受硫酸盐镁盐复合侵蚀后的抗压强度和断裂能的演变趋势;建立混凝土抗压强度与断裂能之间的影响关系,结果表明,混凝土的抗压强度越高,断裂能越大,两者之间基本呈线性增长关系;随着纤维掺量的增加以及干湿循环次数的增长,混凝土的断裂能随抗压强度的提高而增加的幅度在逐渐减缓。综合不同玄武岩纤维掺量的混凝土在不同干湿循环次数后的抗压强度、劈裂抗拉强度以及断裂性能的研究可以得到,纤维掺量为0.2%的玄武岩纤维混凝土耐硫酸盐镁盐复合侵蚀性能较为良好。
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