摘要
近年来，随着混凝土结构应用范围的不断扩大化，低温和超低温下混凝土结构的应用场景不断增多，对于超低温冻融作用后混凝土的力学性能的改善以及破坏机理研究显得尤为重要。纳米SiO2的尺寸效应和界面效应使得混凝土工作时表现出更好更均匀的内部支撑体系和孔隙结构，玄武岩纤维也因其自身耐超低温和高韧性的特性，能够对混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲强度和抗冻性等性能有正面影响。虽然已有研究表明纳米SiO2可以和包括聚丙烯、玄武岩等在内的纤维共同改善常温环境下混凝土的抗压和抗拉性能。但对于超低温冻融循环作用后，纳米SiO2和玄武岩纤维协同增强混凝土的抗压、劈裂抗拉和弯曲性能的研究甚少。据此，本课题依托湖北省科技厅自然科学基金项目（2020CFB860），研究常温和超低温冻融后，纳米SiO2和玄武岩纤维在不同掺率下协同增强混凝土力学性能，研究成果可为超低温冻融环境下混凝土的力学性能改善提供参考。本文主要研究内容如下： （1）常温和超低温冻融循环后抗压及劈裂抗拉性能试验研究。分析不同冻融温度、不同掺量纳米SiO2和玄武岩纤维在单掺和双掺下对混凝土的破坏形态、抗压强度和劈裂抗拉强度的影响。结果表明：温度越低，混凝土的劣化程度越高，适当掺率的纳米SiO2和玄武岩纤维可发挥协同作用，显著增强混凝土的延性、提升混凝土力学性能，并降低超低温冻融后的强度劣化程度。同时，纳米SiO2可显著提高玄武岩纤维的掺量阈值，更好发挥协同作用； （2）常温和不同超低温冻融循环后抗压及抗拉强度研究。将纳米SiO2和玄武岩纤维掺量作为自变量，不同温度区间的冻融循环后的混凝土抗压及劈裂抗拉强度作为因变量，进行多元非线性拟合。结果表明：Rational2D和RationalTaylor函数拟合的R2均大于0.96，有较好的拟合度，可为本试验掺量范围下混凝土的强度预测提供一定的参考； （3）常温和不同超低温冻融循环后荷载-挠度性能试验研究。分析不同冻融温度、不同掺量纳米SiO2和玄武岩纤维在单掺和双掺下对混凝土弯曲强度、弯曲韧性和残余强度的影响。结果表明：玄武岩纤维可以增加混凝土的延性，两者在改善混凝土的抗弯性能上发挥较好的协同作用，具体表现为更大的弯曲韧性和残余强度。同时，两种掺料对超低温冻融都能起到显著的抵抗作用，整体上温度越低，弯曲强度、弯曲韧性和残余强度越低，但两者在适量的掺量下可以显著改善超低温冻融后的弯曲性能。建立荷载-挠度曲线方程也可为超低温冻融循环作用后的荷载-挠度曲线的预测提供参考。
NETL