鋼纖維混凝土氯離子含量與其抗凍性關系的探究

羅資軍 劉乙丁

（長安大學 公路學院，陜西 西安 710064）

混凝土結構的耐久性越來越受到工程界的重視。然而氯離子的侵入，不僅影響鋼纖維混凝土的耐久性，而且還會對其抗凍性產生一定的影響[1]。混凝土的氯離子含量與抗凍性指標的變化是隨著環境因素和時間因素的不同而變化的。因此，本文設計的試驗分別測定了不同環境、不同齡期的鋼纖維混凝土的氯離子含量與抗凍性指標，并進行了相關分析。

1 試驗設計

1.1 試驗原材料

水泥：冀東盾石牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥；石子：05號石子，連續級配；砂子：楊凌渭河砂，級配良好，細砂；鋼纖維：采用德州路邦鋼纖維生產廠生產的低碳鋼剪切矩型鋼纖維，長35mm，等效直徑為0.44mm，長徑比為60，抗拉強度為700Mpa。

1.2 試驗配合比

試驗配合比為C:W:S:G=1:0.43:1.95:1.95，ρf=1.28%

1.3 試驗環境設計

從鋼纖維混凝土的應用領域可知，鋼纖維混凝土常應用于道路、橋梁等自然環境當中以及水利、海洋等軟水腐蝕環境當中。鑒于此，本試驗設計了標準養護、自然環境養護以及模擬海水腐蝕環境三種試驗環境。其中腐蝕環境以模擬海水環境進行，模擬配置的海水中含有2.75%的氯化鈉、0.39%的氯化鎂、2.24%的硫酸鎂、0.05%氯化鈣的以及0.11%的硫酸鈣，養護時45d更換溶液一次。

2 試驗測定方案及方法

本文分別測定了在三種不同的環境中不同齡期鋼纖維混凝土的砂漿氯離子含量與抗凍指標。試件的制作和養護嚴格按照《鋼纖維混凝土試驗方法》[2]（CECS 13:89）和《水工混凝土試驗規程》（SL352-2006）中要求進行。

鋼纖維混凝土立方體抗凍試件(150mm×150mm×150mm)共計3×4組，每組6個試件，分別對三種環境中不同齡期的試件進行抗凍性能試驗。試驗嚴格按照中國工程建設標準化協會標準《鋼纖維混凝土試驗方法》[2]（CECS 13:89）中“第十九章抗凍性能試驗第一節慢凍法”的要求進行。

3 試驗結果及分析

3.1 試驗結果

經過測定，當齡期為 28d、178d、206d、298d 時：標準養護條件下鋼纖維混凝土的氯離子含量分別為0.000945%、0.002588%、0.00243%及0.002688%，對應的相對抗壓強度為0.979197MPa、0.985989MPa、0.978819MPa 及 0.984663MPa。

自然環境養護條件下鋼纖維混凝土的氯離子含量分別為0.000945%、0.002588%、0.00253%及0.002788%，對應的相對抗壓強度為 0.979197MPa、0.98822MPa、0.982114MPa 及 0.979579MPa。

模擬海水環境條件下試件的氯離子含量分別為0.000945%、0.209326%、0.220638%及0.249622%，與之對應的相對 抗 壓 強 度 為 0.979197MPa、0.93859MPa、0.91754MPa 以 及0.852459MPa。

3.2 試驗結果分析

試塊的砂漿氯離子含量隨著齡期的增長而增長。其中腐蝕環境中增長趨勢比較明顯，298天齡期測定時，試塊的砂漿氯離子含量是標準養護環境中的92.87倍。反映出環境因素對試塊氯離子含量的影響存在一定差異，海水環境下氯離子含量隨齡期的增加顯著增大。

隨著齡期的增長，不同環境中試塊的抗凍性能變化不同。標準養護及自然環境中抗凍指標變化幅度較小。模擬海水環境中，試塊抗凍性能在測定齡期內下降了87%。可見齡期和環境因素對試塊的抗凍性能的影響比較明顯。

對兩個指標進行相關性分析可以看出，同一齡期時，試件的抗壓強度隨著氯離子含量的加大而減小。178d齡期測定時，氯離子含量增長80.89倍，相對抗壓強度下降0.95倍；206d天齡期時，氯離子含量增長90.82倍，相對抗壓強度下降0.94倍；298天齡期時，氯離子含量增長92.87倍，相對抗壓強度下降0.87倍。

分析腐蝕環境中的試塊，隨著齡期的增長，砂漿氯離子含量不斷增大，抗凍指標呈下降趨勢。相同環境下不同齡期時，隨著氯離子含量的增大，抗凍性能下降明顯。當氯離子含量過大時，會使得試塊的抗凍性能持續下降。

由以上分析，試塊的砂漿氯離子含量與其抗凍性能有著相關性，因此對數擬合結果如下：

178天：y=-0.011Ln(x)+0.9213

206天：y=-0.014Ln(x)+0.8964

298天：y=-0.0287Ln(x)+0.8126

4 結論

鋼纖維混凝土的砂漿氯離子含量及抗凍性能，受不同的環境因素和時間因素的影響，將會呈現不同的變化規律。在海水腐蝕環境中，混凝土的氯離子含量會隨著齡期的增長而顯著增加。隨著砂漿氯離子含量的增大，鋼纖維混凝土的抗凍指標隨齡期下降的幅度逐漸增大。

[1] 高丹盈.鋼纖維混凝土設計與應用[M]，北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2] 中國工程建設標準化協會標準.鋼纖維混凝土試驗方法[S].(CECS13:89)，1989.