纤维纳米混凝土力学性能和抗氯离子渗透性能的研究.pdf

第 3 3卷第 6期 2 0 1 2年 l 2月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f No ah C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o w e r Vo 1 3 3 No 6 De c2 01 2 文章编号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 3 9 0 7 纤维纳米 混凝土力学性能和抗氯 离子渗透性 能的研究 李 晗，高丹盈 ， 赵 军 ( 郑州大学 教育部 纤维复合建 筑材料与结构工程研 究 中心， 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ) 摘要 ： 通过坍 落度 、 贯人阻力试验 ， 不 同龄期抗压强度 、 劈拉 强度和抗折强度 试验 以及氯盐 溶液浸泡干湿循 环试验 。 探讨 了钢纤维掺量 、 纳米矿粉 种类 和掺量 以及混 凝土基 体强 度对纤维 纳米混 凝土 工作性 能、 凝 结 时 间 、 基本力学性能 和抗 氯离子渗透性能 的影 响 结果表 明 ： 随钢纤 维掺量增 加 ， 纤 维纳米混 凝土坍落 度逐渐减 小 ， 各龄期强度 和 2 8 d龄期抗 氯离子渗透性能呈增大趋 势 ； 随纳米 S i O 掺量增加 ， 拌 合物坍落度快速降低 ， 初 凝 、 终凝时间缩短 ， 各龄期强度整体呈上 升趋势且抗氯离子渗透性能逐 渐提高 ； 随纳 米 C a C O 掺量增加 ， 坍落 度先增加后 减小 ， 初凝 时间逐 渐缩短 ， 终 凝 时间变化 不显 著 ， 各 龄期 强度呈 增大趋 势且抗 氯离子 渗透性 能逐 渐提高 ； 随混凝土基体强度 降低 ， 坍落度快速 增大 ， 初凝 和终凝 时间迅速延长 ， 各 龄期 强度 和 2 8 d龄期 抗氯离 子渗透性能逐渐 降低 。 钢纤 维的掺 人 ， 改善 了混 凝 土的破 坏形 式 ； 纳米 矿粉 的掺入 ， 改 善 了混凝 土 的微 观结 构 。 增 加了混凝土基体 的密实度 混凝土 中掺 人适 量的纤维和纳米矿粉 ， 有效改善 了混凝土 的性能 关键词 ： 纤 维 ； 纳米矿 粉 ； 工作性 能； 力学性能 ； 氯离子渗透 改善混凝土性 能可以从改变混凝 土 的组 成人 手 ， 复合化是提高混凝土性能 的主要途径 ， 即通过对 原材料的选择 、 各组 分分布设计和工艺条件的保证 等 ， 使原组分材料优点互补 ， 因而呈现优异 的综合性 能 其中包括宏观 复合化和微 细观复合化 宏 观 复合化包括钢筋混凝土、 预应力混凝土和钢管混凝 土 ； 细观复合是在混凝土 中引入分散性 比较好 的高 强高韧纤维 ， 如碳纤 维、 钢纤维、 玻璃纤维和聚合物 纤维等形成纤维增强混凝土， 各种纤维均匀乱 向地 分散在混凝土中， 对混凝土的微细观结构有 明显 的 改善作用 ； 微观 复合是在混凝土 中加入微 观尺 寸的物质 纳米材料 由于具有小 尺寸效应 、 量子效 应、 表面及界面效应等优异特性 ， 因而能够在结构或 功能上赋 予其所添加体系许 多不 同于传 统材料 的 性能 耐久性是评价混凝 土性能优劣的重要指标 ， 关 系到纤维纳米混凝土长期使用 的安全性以及能否得 到实际应用的重要 基础 国内外 学者经过大量 的调 查和研究表明 ： 绝大多数混凝土结构 的破坏是 由于氯离子侵人到混凝土钢筋表面， 并达到一定临 界浓度时引起的钢筋锈蚀所致 抗 氯离子渗透性是 评价混凝土耐久性的一种有效 的方法和指标 如果将纤维、 纳米材料共同掺入混凝土中， 采用 微 细观 超复 合化 方 法 制 备 纤 维纳 米 混 凝 土 ， 其 性 能 如何?纤维纳米混凝土微观结构及性能对宏观性能 的影响及其相互关系如何?在采用微细观超复合化 方法改善混凝土性能的同时， 这些 问题必须得到合 理 的解 决 1 试验概况 1 1 原 材料 及 配合 比 水泥( C) ： P O 4 2 5硅酸盐水 泥； 细骨料 ： 河 砂 ， 属级配良好 中砂( S ) ， 细度模数 2 6 ； 粗骨料 ： 粒 径 5 2 0 m m 的石灰 岩碎 石 ( G) ， 级 配连 续 ； 减 水剂 ： J K H一1型粉状高效减水剂( F D N) ； 钢纤维 ( S F ) ： 钢 锭铣 削 型 钢 纤 维 A Mi 0 43 2 6 0 0 ， 长 度 3 2 6 mm， 等效 直 径 0 9 5 m m， 长 径 比 3 4 3 2 ， 抗 拉 强 度 7 0 0 MP a ； 聚丙 烯 纤 维 ( P P F ) ： 杜 拉纤 维 ( D u r a F i 收稿 日期 ： 2 0 1 20 92 5 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 7 8 4 3 4 ) 作者简介 ： 李晗( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 郑州开 封人 ， 博士研究生 ， 主要从事新 型建筑复合材 料及 其结构性能方面的研究 高丹盈 ( 1 9 6 2 一 ) ， 男 ， 河南三 门峡人 ， 教授 ， 博导 ， 博 士 ， 主要从事新型 复合材料 结构理论及其应用方面的研究 华北水利水 电学 院学报 2 0 1 2年 1 2月 h e r ) ， 束状单丝， 长约 1 9 m m， 直径 4 8 m， 比重 0 9 l ， 熔点 1 6 0 ， 抗拉强度 2 7 6 MP a ； 纳米 S i O 2 ( N S ) ： V KS H 3 0白色 粉末 状 ， 杂 质 含 量 0 5 ， 平 均 粒 径 3 0 n m， 比表面 积 ( 2 0 01 0 )m g ， 表 观密度 4 0 6 0 g L， 烧 失量 1 ( m m) ； 纳米 C a C O 。 ( N C) ： V K C a 0 1白色 粉末 状 ， 比重 2 52 6 g e m ， 平 均粒 径 1 5 4 0 n m， p H值 8 0 9 0 ， 杂质含量 2 5 ； 自来水拌合 试验以纤维体积率 、 纳米矿粉掺量 ( 纳 米矿粉取代水 泥量 ) 和混凝 土基 体强度 为主要 参 数 ， 共设计 了 1 3种纤维纳米混凝土配合 比， 见表 1 表 1 纤维纳米混凝土配合 比编号 注 ： 单方混凝土中掺入 ： 减水剂 ， 7 5 k g m ； 聚丙烯纤维 ， 0 9 1 k g m 表 1的试件编号中 ： 前 2个数字表示基体混凝 土设计强度 ， 包括 C 4 0 ， C 6 0和 C 8 0 ； 其后 2个字母和 1 个数字表示纳米矿粉种类和掺量 ， 其 中 N S为纳米 S i O ， N C为纳米 C a C O ， N M 为混掺纳米矿 粉， 数字 表示纳米矿粉掺量 ， 如 N S 1为掺入 1 0 纳米 S i O ； 最后 2个字母和 1个数字表示 钢纤维及其掺量 ， 如 S F 1 5为掺入 1 5 的钢纤 维 1 2试验 方法 及设 备 浇筑时为使纳米矿粉和纤维均匀分散于拌合物 中， 采用强制式搅拌机拌合 拌合前， 先将水泥、 纳米 矿粉 和减 水剂 充分 混匀 搅拌 机润 湿后 ， 加入 粗 细骨 料 ， 干拌 1 mi n ， 接 着加 入水 泥 、 纳 米矿 粉和 减水 剂 的 混 合物 ， 再搅 拌 1 mi n 然后 沿 搅 拌 机 作 业 面 均匀 撒 入钢纤维和聚丙烯纤维 ， 搅拌 3 0 S 随后 加水湿拌 1 m i n 出料 试 块 在振动 台上 振动 密实 成 型 ， 在 ( 2 0 5 )o c的室 内静置 2 4 h后拆模 ， 标准养护至规定龄 期 后进 行试 验 坍落度 、 凝结时间、 基本力学性能试验依据 普 通混凝土力学性 能试验方法标 准( G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 )和 纤 维 混 凝 土 试 验 方 法 标 准 ( C E C S 1 3 ： 2 0 0 9 ) 的相关 规定进行 测定立方体抗 压强度 、 劈拉强度采用边长 1 5 0 m m 的立方体试块 ， 测定抗 折强度 采 用 1 0 0 m m X 1 0 0 m m 4 0 0 m m 的 梁 式 试块 抗氯离子渗透性能试验按照 纤维混凝 土试验 方法标准 ( C E C S 1 3 ： 2 0 0 9 ) 氯盐溶液浸泡干湿循环 试 验方 法进行 采 用 1 0 0 m m 1 0 0 m m x 2 0 0 m m 试 件 ， 每组各 3个 ， 将试 件顶面朝上放入 质量浓度为 3 5 的氯化钠溶液浸 泡 2 4 h ， 然后取 出再放人烘 箱 ， 在 6 0 o C 2 的温度下烘 4 5 h 从开始浸泡至 烘 完共 历 时 7 2 h为 一次循 环 ， 此 后 照此循 环 不 断往 复， 直到 1 0个循环终止 然后从试件两侧面纵向中 轴线上分段钻取混凝土粉末试样 ， 并用高效磁铁除 去其中的铁屑 ， 采用化学滴定法 ( 参照 水运工程混 凝土试验规程( J T J 2 7 0 ) ) 分析试样 中可溶性氯离 子含量 ( 氯 离子 重量 占粉 末 重量 的百 分数 ) 钻孔 深 度 0 5 mm和 51 0 m m分 别代表 2 5 m m和7 5 m m 平均深度 水溶性氯离子含量计算公式为 P ： 1 0 0 G 式中： P为氯离子含量； C 。 为硝酸银标 准溶液浓 度 ； G为样品重量 ； V 3 为浸样品水量 ； v 4为每次滴定 时提取的滤液量 ； v 5 为每次滴定 时消耗的硝 酸银溶 液量 试验仪器 ： HG一8 0型混凝土贯人阻力仪 ； WH Y 一 3 0 0 0全 自动压力试验机 ； 天平 ； 滴定管 ； 容量瓶 ； 试剂瓶 ； 移液管 ； 三角锥瓶等 ； 日立 S一3 4 0 0 N型扫 描 电镜 第 3 3卷 第 6期 李晗 ， 等 ： 纤维纳米混凝 土力学性能和抗氯离子渗透性能 的研究 4 1 2 结果 与讨论 2 1 工作性 能 和凝 结 时间 试验中观察得知 ， 按照本试验制定的投料搅拌 方法 ， 表 1中各配合 比系列的拌合物保水性 和黏聚 性良好 ， 均没有发生泌水 、 离析现象 ， 纤维 和纳米矿 粉在拌合物中均匀分布 采 用贯人 阻力法测定凝结 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 钢纤维体积分数 o 0 ( a )钢纤维体积分数与坍落度关系 时间， 用 5 mm标准筛将混凝 土筛 除粗骨料后 ， 在 ( 2 0 2 ) o C环境 中、 表 面密 封 条 件下 养 护 ， 在 贯入 阻 力仪上测试混凝 土的贯 人阻力 ， 测针贯人深度 ( 2 5 2 ) m m， 并规 定 贯 入 阻力 达 到 3 5 MP a和 2 8 MP a 对应的时间分别为混凝土的初凝与终凝 坍落度 、 凝 结时间与钢纤维体积分数和纳米矿粉掺量的关系如 图 1所示 0 0 0 5 1 0 2 0 纳米s i o ： 替代 水泥率 o 0 ( b )纳米S i Oz 掺 量与坍落度和 凝结时间的关系 0 0 0 5 1 0 2 0 2 5 纳米C a C O 替代水 泥率 o 0 ( c )纳米C a C O， 掺量与坍落度和 凝结时间的关 系 图 1 坍落度 、 凝结时间与钢纤维体积分数和纳米矿 粉掺 量的关系 由图 1 可知 ， 拌合物的坍落度随钢纤维体积分 数的增大而减小 因为钢纤维体积分数增大后 ， 其表 面积增大 ， 在拌合物中形成 网状结构， 使拌合物内部 的摩擦阻力增大 ， 流动性减小 ， 所 以坍落度减小 试 验结果符合 已研究结论 拌合物坍落度 随 N S掺量 的增加 而快速 降低 ， 初凝和终凝时间均 随 N S掺量的增加而缩短 当 N S 掺量 由0 0 增加到 0 5 时 ， 坍落度下降 7 5 m m， 降幅 6 8 2 ； 当 N S掺量增加到 2 0 时 ， 坍落度下 降9 5 m m， 降幅 8 6 4 因为随 N S掺量 增加 ， 胶凝 材料总比表面积增大 ， 由此增加的表层水需求 比其 降低的填充水要 多 ， 所 以掺人 N s后拌合物变 得粘稠 ， 流动性 迅速下 降 又因为 N s火 山灰活性 高 ， 能够促进水化 ， 且粒径小 ， 微填充效应使得微观 结构更加密实 ， 所以缩短凝结时间 ” 随 N C掺量增 加 ， 拌合物坍落 度呈先升高后 降 低 趋 势 ， 初 凝 时 间 逐 渐 缩 短 ， 终 凝 时 间变 化 并 不 显 著 当 N C掺量 由 0 0 增加到 0 5 时， 拌合物坍 落度增加 2 0 mm， 增幅 1 8 2 ； 而 当 N C掺量 2 0 时， 坍 落 度 仅 为 6 0 mm， 较 不 掺 N C 时 下 降 了 4 5 5 因为 N C能够在一定程度上 改善拌合物 的 工作 性 ， 但 存 在 最 佳 掺 量 j N C掺 量 较 低 时 ( 0 5 ) ， 纳米矿粉特有的“ 微填充效应” 和“ 分散效 应”的作 用较 为显著 ， 使得 需水量 减少 ， 流动性 增 加 ； 但随 N C掺量继续增加 ， 大于最佳掺量 时， 导致 比表面积增大 ， 引起表层吸附水 的增加 ， 造成混凝土 厘 蓄 姆 的流动 性减小 水化早期 ， N C加 速 c A与石膏 作 用， 并对 c s水化起到晶核作用 ， 改善水泥颗粒分布 状况 ， 增大 熟 料 颗粒 与水 接 触 面积 ， 促 进早 期水 化 工 。 。 ， 导致初凝时间随 N C掺量增加 而逐渐缩 短 ； 但随水化反应进行 ， N C与 c A反应 生成 的水化 碳铝酸钙 ( C a C O C ， A 1 1 H ： 0) 包裹在熟料颗粒 周围 ， 阻碍了熟料颗粒 同水 的接触 ， 延缓了熟料的水 化 ， 掺量越 多， 阻碍作用越强烈 ， 所 以 N C掺量对终 凝时间影响并不显著 2 2 基 本 力学性 能 2 2 1 抗 压 强度 由图 2可见， 随 S F体积分数的增大， 各龄期抗压 强度均有增大趋势 ， 且改变抗压破坏形式， 破坏后碎 而不散 ， 抗压韧性有明显提高 在纤维体积分数 0 O 1 5 范围内， 抗压强度的强度 比在 1 0 31 1 3之 间 随 N s和 N C掺量的提高， 各龄期抗压强度整体呈 增大趋势， 仅掺量 2 0 时降低拌合物工作性， 导致抗 压强度增加不显著 在 N S掺量0 0 一 2 0 范围内， 抗压强度 的强 度 比在 1 0 11 1 5之 间 在 N C掺 量 0 0 2 O 范 围 内 ， 抗 压 强度 的强 度 比在 1 0 1 1 1 6 之间 随混凝土基体强度提高， 各龄期抗压强度 明显增大 ， 高基体强度混凝土抗压强度增长率大于低 基体强度混凝土 C 8 0混凝土 3 d ， 7 d ， 2 8 d抗压强度 分别较 C 4 0提高了2 8 ， 3 5 和 5 9 各龄期抗压强 度随因素水平变化关系如图 2所示 2 2 2 劈拉强度 各龄期劈拉强度随因素水平变化关系如图 3所 加 加 o g 鞍蜜 4 2 华北水利水 电学 院学报 2 0 1 2年 1 2月 示 由图3可见， 随 s F体积分数的增大， 各龄期劈裂 抗拉强度有明显的增大趋势， 在纤维体积分数 0 0 一 1 5 范围内， 劈拉强度的强度比在 1 0 91 5 0之 间 在钢纤维的加入量致劈拉破坏时 ， 试块破坏面两 侧并未完全分离 ， 而是依靠裂缝间的钢纤维连成一个 整体 跨越裂缝的 S F起到了传递应力的作用 ， 将钢纤 维从集体中拔出需要消耗较大的能量 ， 提高了劈拉强 螽 。 一 6 躲2 0 0 0 5 1 0 1 5 钢纤维体积分数 ( a )钢纤维体积分数与 抗压强度 的关系 0 0 0 5 1 0 2 0 纳米S i O 替代水泥率 ( b )纳米S i O 掺量与 抗压强度的关系 度 随 N S和 N C掺量的提高， 各龄期劈拉强度明显呈 增大趋势 ， 仅掺量 2 0 时降低拌合物工作性 ， 导致劈 拉强度增加不显著 ， 但仍高于未掺加纳米矿粉的对比 组 在 N S掺量 0 O 2 0 范 围内， 劈拉强度 的强 度 比在 1 0 31 2 4之间 在 N C掺量0 0 一 2 0 范 围内， 劈拉强度的强度比在 1 0 81 3 1 之间 随混凝 土基体强度提高， 各龄期劈拉强度明显增大 o o o 5 1 o 2 o 纳米C a C O， 替代水泥率 ( c )纳米C a C O， 掺量与 抗压强度的关系 图 2各龄期抗压 强度 随因素水 平的变化 关系 4 0 6 0 8 o 基本强度等级 ( d )基本强度等级与 抗压强度的关系 -* -3d - 7d - - 28 d 三 三 一 -3d 0 0 0 5 1 0 1 5 钢纤维体积分数 ( a ) 钢纤维体积分数与 抗压强度的关系 0 O 0 5 1 0 2 O 纳米S i O 替代水泥率 ( b )纳米S i O 掺量与 抗压强度的关系 0 0 0 5 1 0 2 0 纳米C a C O； 替代水泥率 ( c )纳米C a C O ， 掺量与 抗压强度关系 图 3各龄期劈拉强度随 因素水平的变化关 系 2 2 3 抗折 强度 各龄期抗折强度随因素水平变化关系如图 4所 示 由图4可见 ， 随 s F体积分数的增大 ， 各龄期抗折 强度呈增大趋势， 在纤维体积分数 0 O 1 5 范 围内， 抗折强度 的强度 比在 1 0 21 1 2之间 未掺 加钢纤维试块破坏时 ， 一裂即断 ， 而掺加钢纤维试块 开裂后产生较大挠度且并未断裂 随 N S和 N C掺量 的提高 ， 各龄期抗折强度呈增大趋势 ， 仅掺量 2 O l 0 螽s 冀 d ； _ _ _ _ _ - - - - - - - 4 _ H 、 4 0 6 O 8 0 基本强度等级 ( d )基本强度等级 与 抗压强度 的关 系 时降低拌合物工作性能 ， 导致抗折强度增加不显著 ， 但仍 高 于未 掺加 纳米 矿粉 的对 比组 在 N S掺 量 0 0 2 0 范围内， 抗折强度的强度 比在 1 0 3 1 2 7之 间 在 N C掺量 0 0 一2 0 范围内， 抗折 强度 的强度比在 1 0 11 2 8之间 随混凝土基体强 度提高 ， 各龄期抗折强度明显增大 ， 高基体强度混凝 土抗 折强 度增 长率 高 于低基 体强 度混凝 土 拳 - -3d ， d 0 0 0 5 1 0 1 5 00 0 5 1 0 2 0 0 0 0- 5 1 0 2- 0 4 0 6 0 8 0 钢纤维体积分数 纳米S i O 替代水泥分数 纳米C a C O 替代水泥分数 基本强度等级 ( a )钢纤维体积分数与 ( b )纳米S i O 掺量与 ( c )纳米C a C O ， 掺量与 ( d )基本强度等级与 抗压强度的关系 抗 压强度 的关系 抗 压强度 的关系 抗压强度的关 系 图 4 各龄期抗折强度随 因素水平的变化关 系 第 3 3卷第 6期 李 晗 ， 等 ： 纤维纳米混凝土力学性 能和抗 氯离子渗透性能的研究 4 3 2 3抗 氯离 子渗 透性 及 其与 2 8 d抗压 强度 关 系 2 3 1 钢纤 维 的影 响 钢纤维体积分数与抗压强度和氯离子含量关系 如图 5所示 由图 5可见 ， 随钢纤维掺量增加 ， 氯离 子含量呈减小趋势 ， 2 8 d抗压强度呈增大趋势 纤 维体积率 1 0 ， 2 5 m m和 7 5 mm深度氯离子含 量分别为不掺钢纤维 时的 9 5 和 9 1 7 5 m m深 度氯离子含量随纤维掺量 的增大逐渐减小 ， 纤维体 积率 1 5 时氯离子含量为不掺钢纤 维的 8 8 纤 维体积率 0 5 ， 1 0 和 1 5 时 ， 抗压强度分别较 不掺纤维时增加 5 ， 7 和 1 2 可见 ， 混凝土 中掺 人钢纤维不仅能提高纤维纳米混凝 土的抗压强度 ， 而且能增强抗氯离子渗透性能 卿 加 扫 E 骣 图 5 钢纤维体 积率与抗压强度和氯离子含量 的关系 2 3 2 纳米 S i O 的影 响 纳米 S i O ， 掺量与抗压强度和氯离子含量关 系 如 图6所示 由图6可见 ， 随 N S掺量增加 ， 氯离子含 量逐渐减小 ， 2 8 d抗压强度呈增大趋势 2 5 mi l l 深 度 N S掺量 0 5 ， 1 0 和 2 0 氯离子含量分别为 不掺 N S时的 9 2 7 4 ， 9 2 3 5 和 9 1 9 5 ； 7 5 mm 深度 N S掺量 0 5 ， 1 0 和 2 0 氯离子含量分别 为不掺 N S时的 6 7 8 1 ， 6 7 8 1 和 6 1 5 6 N S掺 量 0 5 ， 1 O 和 2 0 抗压强度分别较不掺 N S时 提高了 5 1 ， 8 9 和 1 3 所以， 掺人 N S有效提 高纤 维 纳 米 混凝 土 抗 氯 离 子 渗 透 性 ， 尤 其 减 小 7 5 mm 平均深度的氯离子含量， 并且对抗压强度有 一 定的增益作用， 仅在 N S掺量 2 0 时 ， 使得抗压 强度增加不十分显著 ， 但仍高于不掺 N S时 2 3 3纳米 C a C O 的影响 纳米 C a C O 与抗压强度 和氯离子含量 关系如 图 7所示 由图 7可 见 ， 随 N C掺 量 增 加 ， 氯 离 子 含 量呈减小趋势， 2 8 d抗压强度呈增大趋势 2 5 m m 深度 N C掺量 0 5 ， 1 0 和 2 0 氯离子含量分 别 为不 掺 N C时的 9 5 4 l ， 7 4 2 O 和 9 0 3 7 ； 7 5 m m深度 N C掺量 0 5 ， 1 0 和 2 0 氯离子 含量 分 别 为 不 掺 N C 时 的 9 5 7 3 ， 6 6 0 0 和 7 0 2 0 N C掺量 0 5 ， 1 0 和 2 O 抗压强度分 别较不掺 N C时提 高 了 3 5 ， 7 6 和 5 O 所 以， 掺入 N C有效 提高纤维纳米混凝土抗氯离子渗 透性 ， 尤其减小 7 5 m m平均深度 的氯离子含量 ， 并 且对 抗压 强度 有一 定 的增 益作 用 ， 仅在 N C掺 量 2 0 时 ， 导致拌合物工作性有所降低 ， 使得抗压强 度增加不十分显著 ， 但仍高于不掺 N C时 图 6纳 米 咖1 抽 H 扫 星 膈 o o o 5 1 o 2 0 纳 米S i O： 替代水泥率 7 O 6 0 5 o 室 4O s 唱 2 O 1 0 O 0 0 0 5 1 0 2 0 纳米C a C O3 替代水泥率 的关系 图 7 纳米 C a C O， 与抗压强度和氯离子含量的关 系 2 3 4 混凝 土 基体 强度 的影 响 基体强度与抗压强度和氯离子含量关系如 图 8 所示 由图 8可见 ， 随混凝土基体强度提 高， 氯离子 含量逐渐减小 ， 2 8 d抗压强度逐渐增大 2 5 m m深 度 C 8 0氯离子含量较 C 6 0时降低 了 9 2 ， C 4 0氯 离子含量较 C 6 0时增大了2 4 8 ； 7 5 mm深度 C 8 0 氯离子含量较 C 6 0时降低了 2 0 6 ， C 4 0氯离子含 量较 C 6 0时增大了 1 9 C 8 0纤维纳米混凝土 2 8 d 抗压强度较 C 6 0时增大了 3 5 8 ， C 4 0混凝土 2 8 d 抗压强度较 C 6 0时减小 了 1 4 5 所以混凝土基体 强度对纤维纳米混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性 能影响显著 ， 较高 的基体强度更有利于提高抗氯离 子渗透性能且提高其抗压强度 3 微观结构与作用机理探讨 随纤维体积率的增大 ， 钢纤维在混凝土中形成的 空间网络结构更加紧密， 纳米矿粉的加入增加了混凝 土基体的密实度 ， 进一步增强了钢纤维与混凝土基体 的黏结性能， 有效地阻止了混凝土基体内微裂缝的开 展与延伸 ， 从而减少了混凝土基体内微缺陷 的产生 ， 提高了抗氯离子渗透性 未加纳米矿粉时结构如图 9 ( a ) 所示 受荷过程中， 跨裂缝钢纤维的桥接阻裂作用 改善了混凝土破坏时的性能 ， 尤其是破坏形态上 ， 使 爆裂式的脆性破坏转变为缓慢的延性破坏 ， 从而对力 堕 一 基 一 二 2 1 0 O O O 0 O O 0 0 0 O 0 O 0 O O 第 3 3卷第 6期 李晗 ， 等 ： 纤 维纳米混凝土力学性能 和抗 氯离 子渗透性能的研究 4 5 l 06 4 1 0 6 7 5 P o o n C S ， S h u i Z H，L a m L C o mp r e s s i v e b e h a v i o r o f f i b e r r e i n f o r c e d h i g h - p e r f o r m a n c e c o n c r e t e s u b j e c t e d t o e l e - r a t e d t e m p e r a t u r e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 1 2 ) ： 2 2 1 5 2 2 2 2 6 X i a o J ，F a l k n e r H O n r e s i d u a l s t r e n g t h o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e wi t h a nd wi t h o u t p o l y p r o p y l e ne fib e r s a t e l e - v a t e d t e m p e r a t u r e s J F i r e S a f e t y J o u r n a l ， 2 0 0 6， 4 1 ( 2 ) ： 1 1 5 1 21 7 赵铁军 如何评定高性能混 凝土 的渗透性 J 混凝 土 ， 1 9 9 5 ( 3)： 1 921 8 H o o t o n R D，M c g r a t h P F I s s u e s r e l a t e d t o r e c e n t d e v e l o pme n t s i n s e r vi c e l i f e s pe ci fic a t i o ns f o r c o nc r e t e s t r u c t u r e s C N i l s s o n L O，O l l i v i e r J P P r o c e e d i n g s o f t h e 1 s t i n t e r n a t i o n a l RI L EM wo r ks h o p o n c h l o r i d e p e n e t r a t i o n i n t o c o nc r e t e S a i n t Re my Le s - Ch e v r e u s e： RI LEM ， RI LEM Pu b l i c a t i o ns S ARL， 1 9 9 7： 38 83 91 9 O h B H，C h a S W， J a n g B S ， e t a 1 D e v e l o p m e n t o f h i g h p e rfo r ma nc e c o nc r e t e ha v i n g h i g h r e s i s t a n c e t o c hl o r i de p e n e t r a t i o n J N u c l e a r e n g i n e e r i n g a n d d e s i g n ， 2 0 0 2 ， 2 1 2 ( 1 3 ) ： 2 2 1 2 3 1 1 0 高 丹 盈 ， 赵 军 ， 朱 海 堂 钢 纤 维 混 凝 土 设 计 与 应 用 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 2 1 1 龙广成 ， 王新友 ， 肖瑞敏 矿物细掺料对 C 3 S凝胶体 系 的填充密实效应研 究 J 建筑材料学 报 ， 2 0 0 2 ， 5 ( 3 ) ： 21 5 21 9 1 2 欧阳东 混 凝土 矿物 减水 理论 与 C 1 0 0超 高性 能 混凝 土 J 建筑技术 ， 2 0 0 1 ， 3 2 ( 1 ) ： 2 4 2 6 1 3 Z h a n g C h e n g z h i ， Wa n g A i q i n ， T a n g Mi n g s h u ， e l a 1 T h e fi l l i n g r o l e o f p o z z o l a n i c ma t e r i a l J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 6 ， 2 6 ( 6 ) ： 9 4 39 4 7 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 O 2 1 2 2 Go l d ma n A，Be n t u r APr o p e r t i e s o f c e me n t i t i o u s s y s t e ms c o n t a i n i n g s i l i c a f u m e o r n o n r e a c t i v e mi c r o f i l l e r s J A d v a n c e d C e me n t B a s e d Ma t e r i a L ， 1 9 9 4， 1( 5) ： 2 0 9 21 5 王 宝 民 纳 米 S i O 高 性 能混 凝 土 性 能及 机 理研 究 D 大连 ： 大连理工大学 ， 2 0 0 9 卢忠远 微纳粉体对水泥物 理力学性 能 的影 响及机 理 研究 D 成都 ： 四川 I 大学 ， 2 0 0 5 L a ng e F， Mo r t e l H，Ru d e rt VDe n s e p a c k i n g o f c e me n t p a s t e s a n d r e s u l t i ng c on s e q ue n c e s o n mo r t a r p r o p e r t i e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 1 O ) ： 1 4 8 1 1 4 88 李 固华 ， 高波 纳米微 粉 S i O 和 C a C O ， 对混 凝土性能 影 响 J 铁道学报 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 1 3 11 3 6 J e a n P e r a ， S p o t r i c Hu s s o n I n fl u e n c e o f f i n e l y g r o u n d l i m e s t o n e o n c e me n t h y d r a t i o n J C e m e n t a n d C o n c r e t e ， 1 9 9 9( 2 1 )： 9 91 0 5 陆 平 C a C O ，对 c ， s水 化 的 影 响 J 硅 酸盐 学 报 ， 1 9 8 7 ( 8 ) ： 2 8 9 2 9 4 Pa r a mi t a Mo nd a 1 Na n o me c ha ni c a l p r o p e r t i e s o f c e me nt i t i o u s ma t e r i a l s D C h i c a g o ， U S A： N o r t h w e s t e r n U n i v e r s i - t y，20 08 吴 瑾 ， 吴胜兴氯离子环境下钢 筋混凝土结构 耐久性 寿命 评估 J 土木工程学报 ， 2 0 0 5 ， 3 8 ( 2 ) ： 5 9 6 3 Re s e a r c h o n M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s a n d Chl o r i de I o n Pe n e t r a t i on Re s i s t a nc e o f Fi b e r a nd Na n o m e t e r M a t e r i a l s Re i nf 0 r e e d Co n c r e t e L I Ha n，GAO D a n y i n g，Z HAO J u n ( E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f F i b e r C o mp o s i t e Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e ，Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n， Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2，C h i n a ) Abs t r a c t ：Thr o u g h t h e s l ump a n d p e n e t r a t i o n r e s i s t a n c e t e s t s，c o mpr e s s i v e a nd s p l i t t i ng a nd fle x u r a l s t r e n g t h t e s t s a t di f f e r e n t a g e s ， a nd c hl o r i de i o n pe r me a t i ng r e s i s t a n c e e x p e r i me n t o n t he s p e c i me n s，t he e f f e c t s o f s t e e l fib e r c o n t e nt ，na n o me t e r ma t e r i a l t y p e a n d c o n t e nt ，a nd ma t r i x s t r e n g t h o f c o n c r e t e o n wo r k i n g pe r f o r ma nc e，s e t t i n g t i me，me c ha n i ca l p r o pe r t i e s a n d c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n r e s i s t - a n c e o f fi b e r a n d a o me t e r ma t e r i a l s r e i n for c e d c o n c r e t e( F NMR C)w e r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e s l u mp o f F NMRC mi x t ur e de c r e a s e d a n d c o mpr e s s i v e，s p l i t t i n g a n d fle x u r a l s t r e ng t h a n d c hl o r i d e i o n pe ne t r a t i o n r e s i s t a nc e o f FNMRC i nc r e a s e d wi t h t he i n c r e a s i n g s t e e l fibe r c o nt e nt 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