摘要
钢纤维增强混凝土(SFRC)是一种由钢纤维和混凝土组成的复合材料，具有优良的力学强度和较好的耐久性能，可以满足各种建筑工程的要求，是目前应用广泛的一类高性能建筑材料。钢纤维在混凝土制备过程中易分散，在混凝土中与骨料协同工作，起到填补裂缝、支撑结构的重要作用。传统的钢纤维增强混凝土一直存在钢纤维强度利用率较低的问题，当结构受损时，破坏形式多表现为混凝土发生脆性破坏，内部钢纤维从混凝土破坏面拔出，拔出荷载远小于钢纤维抗拉强度对应的荷载。同时，随着钢纤维增强混凝土在桥梁工程、道路工程、水利工程等方面的广泛应用，混凝土内部钢纤维易受腐蚀的问题也开始凸显。本文针对这两项问题，采用有机硅复合溶液对钢纤维进行表面改性处理，制备改性钢纤维混凝土并进行力学性能与耐腐蚀性能试验，主要研究内容与结论如下: (1)以3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和正硅酸乙酯(TEOS)为基底制备改性溶液，采用溶胶-凝胶法在钢纤维表面制备出一层致密的有机硅复合涂层，优化钢纤维和水泥基材料的接触面，提高两者间的粘结力，从而实现更好的结合效果。控制改性溶液中KH-550和TEOS的相对比例作为变量进行涂层制备，当KH-550与TEOS的摩尔比为3∶1时，能获得表面形貌良好、平整度高且附着力强的保护涂层。采用钢纤维拉拔试验从宏观角度对钢纤维与混凝土界面处的粘结性能进行研究，实验结果表明:通过KH-550和TEOS复合溶液的作用，可以显著改善钢纤维的表面接触性能，当KH-550和TEOS的比例越高时，钢纤维拉拔试验结果会有所改善，但是最终出现下降趋势，在相对比例为3∶1时，复合硅烷涂层对于钢纤维与混凝土基体间界面粘结性能的提升效果最好。 (2)改性钢纤维增强混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲韧性等宏观力学性能随掺量的增加而上升，力学性能的增长趋势大致表现为凸曲线形式，当改性钢纤维掺量超过1.5％时，力学性能的提升并不明显，而工作性能损失则较为严重。1.5％掺量的改性钢纤维增强混凝土在保有良好工作性能的情况下，各项力学性能均与2.0％掺量差距不大。实际工程应用中可利用低成本的改性钢纤维代替普通钢纤维，从而降低掺量，达到节约成本的效果。综合考虑改性钢纤维增强混凝土的工作性、抗压强度、劈裂抗拉强度及弯曲韧性的试验结果，建筑用改性钢纤维的掺量推荐为1.5％。 (3)针对普通钢纤维增强混凝土耐腐蚀性能差问题，通过干湿循环加速腐蚀试验研究了不同腐蚀环境(NaCl溶液、Na2SO4溶液、HCl溶液)下，改性涂层对钢纤维增强混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、及抗折强度的影响。通过与同腐蚀环境的普通钢纤维组以及改性钢纤维清水组进行对比分析，探讨了不同腐蚀介质、腐蚀时长等多因素对改性钢纤维增强混凝土力学性能保持情况的影响。结果表明，当腐蚀时长达到120d时，普通钢纤维表面锈点明显，混凝土试件各项力学性能损失严重，腐蚀介质对试件的影响程度表现为HCl＞NaCI≈Na2SO4。而改性钢纤维混凝土表面锈点几乎没有，在不同腐蚀环境中各项力学性能均保持良好。
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