摘要
在我国西北寒旱区，混凝土建筑物在长期冻融-侵蚀复合作用下产生掉渣、开裂、耐久性下降等问题，严重影响了水利工程的实际效益。细石混凝土具有材料易获取，均匀稳定，密实性好，结构设计自由度高等优点，在工程实际应用愈来愈广泛。在细石混凝土中掺加一定量的玄武岩纤维可以增强其整体性能，为获取玄武岩纤维最优体积掺量，探究玄武岩纤维体积掺量对细石混凝土结构耐久性影响，开展玄武岩纤维细石混凝土的抗盐冻性能研究。 本文以甘肃景电灌区为典型研究区，进行实地勘查调研确定损伤破坏的主要原因，模拟灌区现场环境，选取玄武岩纤维作为细石混凝土的增强材料，采用“快冻法”进行盐冻侵蚀试验。通过测量在不同冻融介质（清水、5%Na2SO4溶液、3%NaCl溶液）冻融下玄武岩纤维细石混凝土的质量损失、抗压强度及动弹性模量等指标明晰不同玄武岩纤维体积掺量（0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%）下细石混凝土的耐久性劣化规律；使用超声法和核磁设备测量盐冻工况下玄武岩纤维细石混凝土内部缺陷及内部孔隙变化得出其细观劣化规律。建立分形维数与抗压强度拟合模型及损伤度与抗压强度关联的力学损伤模型，进行性能相关性研究，为寒旱区服役期混凝土结构的后期维护和结构安全评估提供方法。本文主要结论如下： （1）盐冻条件下，玄武岩的掺入可以有效改善细石混凝土的表观损伤。玄武岩纤维细石混凝土的质量、相对动弹性模量都随着盐冻次数的增加而呈递减趋势。玄武岩纤维的掺入能够一定程度上延缓细石混凝土盐冻后的质量和动弹性模量下降，其中玄武岩纤维体积掺量为0.15%的细石混凝土的抗盐冻性能最好。 （2）在细石混凝土中掺加定量的玄武岩纤维可以一定程度上提高其初始抗压强度，但掺量过大会导致抗压强度下降。纤维体积掺量为0.15%时对抗压强度的提升最大，提升率为8.69%。玄武岩纤维掺入可以降低盐冻后细石混凝土抗压强度的下降速率，但是并不能阻止盐冻作用对力学性能的破坏，纤维体积最优掺量为0.15%。 （3）三种冻融侵蚀介质下，玄武岩纤维细石混凝土在3%NaCl溶液中盐冻破坏损伤最为严重，5%Na2SO4溶液中次之，清水中最小，对玄武岩纤维细石混凝土破坏程度排序为：3%NaCl溶液gt;5%Na2SO4溶液gt;清水。 （4）玄武岩纤维细石混凝土盐冻作用下内部缺陷和孔隙变化规律与耐久性指标变化一致。玄武岩纤维的掺加可以改善细石混凝土的内部孔隙分布情况，纤维体积掺量为0.15%的玄武岩纤维细石混凝土T2谱总面积最小，孔隙体积最小，内部密实度最高，随盐冻作用小孔隙转变为大孔隙的速度最慢；利用分形维数D表征玄武岩纤维细石混凝土内部孔径分布结构复杂程度，随盐冻次数增加，分形维数越大，少害孔和多害孔分布越多导致抗盐冻性能降低。 （5）建立分形维数与抗压强度拟合模型及损伤度与相对抗压强度的力学性能损伤模型，通过试验测得数据进行验证，拟合精度较高，模型适用性强。明确了细石混凝土内部孔隙分布特征与抗压强度值的关系，借助易测指标动弹性模量，寒旱区服役混凝土结构可通过易测得的动弹性模量指标计算得到相对抗压强度值。
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