李趁趁，馬 嬌，張 普，*，張 冬，邵景干

（1.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350108；3.河南交院工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450015）

如何提高混凝土材料的抗凍性一直是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn).研究表明，將具有優(yōu)良阻裂、增強(qiáng)作用的纖維均勻分散于混凝土中，可以阻礙現(xiàn)有裂縫的擴(kuò)展并且預(yù)防新裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土的力學(xué)性能和耐久性［1-6］.玄武巖纖維作為環(huán)境友好型纖維，以其優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕及力學(xué)性能備受關(guān)注.將短切玄武巖纖維（CBF）合理地?fù)饺氲交炷林?，可以顯著提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及抗凍性能［5-8］.但部分文獻(xiàn)表明，CBF 摻量大于0.2%時(shí)容易結(jié)團(tuán)，影響其增強(qiáng)增韌的效果［9-11］.將普通玄武巖（BMF）纖維單絲進(jìn)行加捻合股后浸入丙烯酸乳液中冷壓成型，然后短切處理得到玄武巖纖維束.BMF 既保留了CBF 的優(yōu)異特性，又改善了其大摻量時(shí)在混凝土中分散不均的情況，可以對(duì)混凝土更好地增強(qiáng)增韌［12-15］.

目前，BMF 對(duì)混凝土抗凍性影響的探究比較缺乏.為了促進(jìn)BMF 的應(yīng)用，本文對(duì)此開(kāi)展研究，變化參數(shù)為BMF 的長(zhǎng)度和體積摻量.同時(shí)，考慮到纖維混雜可以在不同結(jié)構(gòu)層次和混凝土應(yīng)力階段發(fā)揮它們的協(xié)同效應(yīng)，以更進(jìn)一步地提高混凝土的力學(xué)性能和抗?jié)B性［16-18］，將CBF 與BMF 混摻有望制備出抗凍性更好的混凝土，本文將二者混雜摻入混凝土中，研究其對(duì)混凝土抗凍性的影響，探索其較優(yōu)混摻比例，并與單摻BMF 的混凝土進(jìn)行對(duì)比.

硫酸鈣晶須（CSW）是由工業(yè)副產(chǎn)品石膏制備而成，既具有纖維增強(qiáng)特性，又具有“微觀骨料”的填充作用.將其應(yīng)用于混凝土中，不僅可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗?jié)B性與耐水性等，還可以緩解中國(guó)工業(yè)廢料石膏的存放壓力，減少環(huán)境污染［19-22］.

因此，本文在混摻BMF 以及CBF 的基礎(chǔ)上加入亞納米級(jí)的CSW，使其在微觀層次發(fā)揮作用來(lái)提高混凝土的抗凍性能，研究三者混摻對(duì)高強(qiáng)混凝土抗凍性能的影響，并與單摻CSW、BMF 及雙摻二者的混凝土進(jìn)行對(duì)比.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5 的普通硅酸鹽水泥，其粒徑分布如圖1 所示；細(xì)骨料為天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.85，其顆粒級(jí)配組成如表1 所示；粗骨料為粒徑5～20 mm、級(jí)配良好的碎石，其級(jí)配組成如表2 所示；減水劑為粉末狀聚羧酸減水劑.BMF 和CBF 均來(lái)自浙江石金玄武巖纖維有限公司，其外觀如圖2 所示.其中：BMF 直徑為0.2 mm，長(zhǎng)度分別為20、30、40 mm，CBF 直徑為13 μm，長(zhǎng)度為18 mm，單絲玄武巖纖維的物理力學(xué)性能見(jiàn)表3.

表1 細(xì)骨料的級(jí)配組成Table 1 Gradation of fine aggregates

表2 粗骨料的級(jí)配組成Table 2 Gradation of coarse aggregates

表3 單絲玄武巖纖維的物理力學(xué)性能Table 3 Physical and mechanical properties of single basalt fiber

圖1 水泥的粒徑分布Fig.1 Size distribution of cement particles

圖2 玄武巖纖維束與短切玄武巖纖維的外觀Fig.2 Morphology of basalt macro-fibers and chopped basalt fibers

CSW 外觀呈白色松散性粉末，在掃描電子顯微鏡（SEM）下呈纖維狀（見(jiàn)圖3），其化學(xué)式為CaSO4·0.5H2O，物理力學(xué)性能見(jiàn)表4.

表4 硫酸鈣晶須的物理力學(xué)性能Table 4 Physical and mechanical properties of calcium sulfate whisker

圖3 硫酸鈣晶須的形貌Fig.3 Morphology of calcium sulfate whiskers

水泥和CSW 的化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）見(jiàn)表5，其中SO3總含量不超過(guò)GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》中規(guī)定的3.5%.

1.2 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)C60 混凝土（PC）基準(zhǔn)配合比（質(zhì)量比）為m（水泥）∶m（水）∶m（砂）∶m（石）=1.00∶0.34∶1.56∶2.43.在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)單摻玄武巖纖維束混凝土（BMFRC）、雙摻短切玄武巖纖維和玄武巖纖維束混凝土（CBF/BMFRC）、三摻短切玄武巖纖維、玄武巖纖維束和硫酸鈣晶須混凝土（CSW/CBF/BMFRC）這3 個(gè)試驗(yàn)體系.

單摻玄武巖纖維束混凝土的配合比如表6 所示，研究BMF 摻量（φf(shuō)，體積分?jǐn)?shù)）和長(zhǎng)度（L）對(duì)高強(qiáng)混凝土抗凍性能的影響.基于單摻的試驗(yàn)結(jié)果確定雙摻試驗(yàn)中BMF 長(zhǎng)度為30 mm，將CBF 和BMF 以1∶1、1∶2 的比例混雜且纖維總摻量（φhf，體積分?jǐn)?shù)）與單摻BMF 混凝土保持一致，參數(shù)設(shè)計(jì)如表7 所示.基于雙摻的試驗(yàn)結(jié)果選擇1 組較好的配合比，摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸鈣晶須，即為三摻的試驗(yàn)配合比，如表8所示.為滿足新拌混凝土的工作性能，控制混凝土坍落度在80～160 mm，減水劑用量隨著纖維摻量的增加而增加.

表6 單摻玄武巖纖維束混凝土的配合比Table 6 Mix proportions of single basalt macro-fibers concretes

表8 三摻短切玄武巖纖維、玄武巖纖維束和硫酸鈣晶須混凝土的配合比Table 8 Mix proportions of concretes with chopped basalt fiber，basalt macro-fibers and calcium sulfate whiskers

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)參照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，采用快凍法對(duì)混雜纖維/束高強(qiáng)混凝土進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn).試驗(yàn)采用2 種試件尺寸：尺寸為100 mm×100 mm×400 mm 的試件用于測(cè)試經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)（N）后的相對(duì)動(dòng)彈性模量（Er），當(dāng)Er下降到60%或N達(dá)到300次時(shí)停止試驗(yàn)；尺寸為100 mm×100 mm×100 mm 的試件用于測(cè)試經(jīng)歷0、150次凍融循環(huán)后的立方體抗壓強(qiáng)度（fcu）.

2 結(jié)果與分析

2.1 BMFRC 的相對(duì)動(dòng)彈性模量

圖4 為單摻BMF 對(duì)高強(qiáng)混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響.由圖4 可見(jiàn)：

圖4 單摻BMF 對(duì)高強(qiáng)混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響Fig.4 Effect of BMF on relative dynamic elastic modulus of high strength concrete

（1）隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，BMFRC 的Er值的變化規(guī)律與PC 相似，均呈下降趨勢(shì)，且下降速率先慢后快，說(shuō)明混凝土受凍融劣化的程度在不斷加深.在凍融循環(huán)初期（前50 次），各類別混凝土試件Er值降低程度的差異不大；當(dāng)N=75 次時(shí)，PC 的Er值為90.9%，下降幅度明顯大于BMFRC（Er值為95.9%～98.2%）；當(dāng)N=125 次 時(shí)，φf(shuō)為0.15% 的BMFRC 的損傷速率快于φf(shuō)為0.30%～0.60% 的BMFRC.PC 和φf(shuō)為0.15%的BMFRC 在經(jīng)歷150、200 次凍融循環(huán)后的Er值分別為52.4%、49.8%，低于60%，視為凍融破壞；φf(shuō)為0.30%～0.60% 的BMFRC 在經(jīng)歷250 次凍融循環(huán)后的Er值為50.1%～55.4%，發(fā)生破壞.結(jié)果表明，摻入BMF 有利于改善高強(qiáng)混凝土的抗凍性能，但當(dāng)BMF 摻量達(dá)到0.30%后，隨著纖維摻量的繼續(xù)增加，混凝土Er值的下降幅度差別不大.

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析可知，混凝土在持續(xù)經(jīng)受凍融循環(huán)作用后，內(nèi)部的原始孔隙反復(fù)承受凍脹壓力的作用，逐漸擴(kuò)展形成貫通的大孔隙.隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土構(gòu)件的表觀漿體流失，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，最終發(fā)生凍融破壞.首先，摻入適量BMF 可以改變混凝土內(nèi)部的孔徑分布，將大孔隙優(yōu)化成小孔隙，從而降低冰點(diǎn)［23］，減小混凝土內(nèi)部的凍脹壓力；其次，BMF 在混凝土內(nèi)部發(fā)揮搭橋連接作用，有效地抑制了混凝土經(jīng)受凍融循環(huán)過(guò)程中的開(kāi)裂，從而提高了混凝土的抗凍性能.在合理的摻量范圍內(nèi)，隨著B(niǎo)MF摻量的增大，參與阻裂的纖維根數(shù)增多，對(duì)高強(qiáng)混凝土抗凍性能的提升效果更好；但當(dāng)纖維摻量繼續(xù)增大時(shí)，雖然參與阻裂的纖維繼續(xù)增多，但纖維在基體內(nèi)的分散性降低，會(huì)在混凝土內(nèi)部引入新的缺陷，導(dǎo)致BMF 對(duì)高強(qiáng)混凝土抗凍性能的提升效果不再增加.

（2）摻入不同長(zhǎng)度的BMF（φf(shuō)均為0.30%）對(duì)混凝土的抗凍性能有不同程度的改善作用，BMF 長(zhǎng)度為20、30、40 mm 的BMFRC 在分別經(jīng)歷225、250、200次凍融循環(huán)后的Er值下降到60%以下，發(fā)生凍融破壞.由此可見(jiàn)，BMF 長(zhǎng)度對(duì)高強(qiáng)混凝土抗凍性能影響的優(yōu)劣排序?yàn)椋?0 mm＞20 mm＞40 mm.這是因?yàn)?，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土的內(nèi)部損傷逐漸增大，水泥漿體與骨料及BMF 間的黏結(jié)力降低.當(dāng)BMF 的長(zhǎng)徑比較?。↙=20 mm）時(shí)，在基體中容易拔出，難以發(fā)揮橋連作用來(lái)抵抗混凝土的凍脹開(kāi)裂.當(dāng)BMF 的長(zhǎng)徑比增加，其在基體中的分散性降低，對(duì)混凝土抗凍性能的提升效果會(huì)變差.同時(shí)，在相同體積摻量下，40 mm 長(zhǎng)度BMF 的根數(shù)最少，在凍融循環(huán)過(guò)程中能抑制高強(qiáng)混凝土凍脹開(kāi)裂的纖維數(shù)量較少.

2.2 CBF/BMFRC 的相對(duì)動(dòng)彈性模量

圖5 為混雜玄武巖纖維/束摻量對(duì)相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響.由圖5 可見(jiàn)：

圖5 混雜玄武巖纖維/束摻量對(duì)相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響Fig.5 Effect of hybrid basalt fiber/bundle content on relative dynamic elastic modulus

（1）在1∶1 混雜體系中，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，Er值降低速率最快的為素高強(qiáng)混凝土，其次為φhf=0.150%的纖維混凝土.但是，當(dāng)經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后，φhf為0.150%、0.450%、0.600%的3 組混凝土的Er值隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，變化規(guī)律趨于統(tǒng)一，最終經(jīng)受200 次凍融循環(huán)后均發(fā)生破壞；當(dāng)φhf為0.300%時(shí)，混凝土Er值的損失幅度最小，最終可承受的凍融循環(huán)次數(shù)最多，在經(jīng)受225 次凍融循環(huán)后發(fā)生凍融破壞.

（2）CBF 和BMF 按照1∶2 的比例摻入高強(qiáng)混凝土后，在不同φhf下對(duì)混凝土的抗凍性能有不同程度的提高.當(dāng)φhf為0.150%、0.300%、0.450%、0.600%時(shí)，高強(qiáng)混凝土在分別經(jīng)歷了175、250、300、275次凍融循環(huán)后，Er值下降到60%以下，發(fā)生凍融破壞.2 種混雜方式都呈現(xiàn)出隨著φhf的增加，高強(qiáng)混凝土的抗凍性能先增加后降低的趨勢(shì)，1∶1和1∶2混雜體系對(duì)高強(qiáng)混凝土抗凍性能提升效果最優(yōu)的φhf分別為0.300%和0.450%.總體來(lái)看，當(dāng)φhf相同時(shí)，CBF 和BMF 按照1∶2 的比例摻入高強(qiáng)混凝土?xí)r的抗凍性能更好.

向高強(qiáng)混凝土中混雜摻入CBF 和BMF 時(shí)，首先在混凝土攪拌過(guò)程中互相黏連接觸的CBF 阻礙了混凝土內(nèi)部空氣的外溢，增大了混凝土中的含氣量，有效緩解了混凝土在凍融初始階段毛細(xì)孔中的靜水壓力和膨脹壓力［23］.另一方面，CBF 和BMF 相互搭接形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，發(fā)揮了支撐骨料的作用.在混凝土經(jīng)受凍融循環(huán)的過(guò)程中，細(xì)觀尺寸的CBF 阻止了原始孔隙受凍脹壓力的作用而形成大量的細(xì)觀裂縫；隨著凍脹壓力的持續(xù)作用，細(xì)觀裂縫形成宏觀裂紋，此時(shí)宏觀尺寸BMF 可以有效橋接裂縫，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，減緩混凝土內(nèi)部的凍脹開(kāi)裂.在最佳摻量范圍內(nèi)，隨著φhf的增加，單位體積內(nèi)的CBF和BMF 數(shù)量增加，更有利于高強(qiáng)混凝土抵抗凍融疲勞損傷.但隨著φhf的繼續(xù)增加，過(guò)量的CBF 和BMF 給基體引入了更多新的缺陷，對(duì)基體與BMF之間的黏結(jié)強(qiáng)度造成了負(fù)面影響，降低了BMF 在凍融循環(huán)后期橋接宏觀裂縫的作用，因此試件CBF0.225BMF0.225 和CBF0.3BMF0.3 在經(jīng)歷150次凍融循環(huán)后Er值的下降速率很快，試件CBF0.2BMF0.4 在經(jīng)歷175 次凍融循環(huán)后Er值的下降速率很快.

2.3 CSW/CBF/BMFRC 的相對(duì)動(dòng)彈性模量

圖6 為三摻短切玄武巖纖維、玄武巖纖維束和硫酸鈣晶須高強(qiáng)混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量.由圖6 可見(jiàn)：與PC 相比，CBFRC、BMFRC、CBF/BMFRC 和所有的CSW/CBF/BMFRC 試件均顯示出更好的抗凍性能.PC 在經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后的Er值降低到60.0% 以下，發(fā)生破壞.此 時(shí)，CBFRC 的Er值 為86.1%，BMFRC、CBF/BMFRC 和所有CSW/CBF/BMFRC 試件的Er值均保持在90%以上.隨著凍融循環(huán)的持續(xù)進(jìn)行，CBFRC、BMFRC、CBF/BMFRC 試件分別在經(jīng)歷225、250、300次凍融循環(huán)后Er值下降到60.0% 以下，發(fā)生凍融破壞；所有CSW/CBF/BMFRC 試件在經(jīng)歷300 次凍融循環(huán)后均未發(fā)生破壞，CSW 摻量為1%、2%、3% 的CSW/CBF/BMFRC 試件的Er值分別為60.0%、76.1%、86.6%.由此可見(jiàn)，CSW 的加入可以進(jìn)一步改善CSW/CBF/BMFRC 的抗凍性能，且改善效果隨著CSW 摻量的增加相應(yīng)提高.

圖6 三摻短切玄武巖纖維、玄武巖纖維束和硫酸鈣晶須高強(qiáng)混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量Fig.6 Relative dynamic elastic modulus of high strength concretes with chopped basalt fibers，basalt macro-fibers and calcium sulfate whiskers

添加CSW 可以繼續(xù)提高混凝土抗凍性能的原因是：（1）首先，由于不同孔徑中溶液濃度差的存在，微孔溶液向大孔隙遷移對(duì)基體產(chǎn)生的滲透壓力是引起混凝土凍融破壞的主要原因［24-25］.CSW 具有填充效應(yīng)，可以與水泥的水化產(chǎn)物反應(yīng)生成鈣礬石，封閉CSW/CBF/BMFRC 中的部分微孔隙［26-29］，阻止微孔隙內(nèi)部的自由水向其他孔隙遷移，從而降低了滲透壓.（2）其次，微觀、細(xì)觀和宏觀纖維的混合加入更有利于改善骨料與水泥漿體間的界面結(jié)合程度，優(yōu)化基體內(nèi)的孔徑分布，形成更致密的微觀結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境中水向混凝土內(nèi)部的滲透，降低了內(nèi)部自由水結(jié)冰產(chǎn)生的凍脹壓力.（3）最后，結(jié)合2.7 掃描電鏡分析可知，CSW、CBF 和BMF 進(jìn)行多尺度阻裂，延緩了凍脹開(kāi)裂的過(guò)程，提高了混凝土的抗凍性能.

2.4 BMFRC 的抗壓強(qiáng)度及其損失率

圖7 為單摻BMF 對(duì)高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度損失率（LR）的影響.由圖7 可見(jiàn)：

圖7 單摻BMF 對(duì)高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度損失率的影響Fig.7 Effect of single BMF on LR of high strength concretes

（1）通過(guò)對(duì)不同BMF 摻量BMFRC 在經(jīng)歷150次凍融循環(huán)前后抗壓強(qiáng)度變化情況的分析可知，不管是否摻入BMF，凍融循環(huán)作用均降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度.從絕對(duì)強(qiáng)度來(lái)看，凍融循環(huán)前后混凝土的抗壓強(qiáng)度均隨著B(niǎo)FM 摻量的增加先增大后減小，均在BFM 摻量為0.30% 時(shí)最高，分別為69.3、58.6 MPa.從強(qiáng)度損失率來(lái)看，在經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后PC 的LR值最大，達(dá)30.9%；隨著B(niǎo)MF 摻量的增加，混凝土的LR值先降低后有所增加，當(dāng)BFM 摻量為0.45%時(shí)LR值最小，為11.4%.

（2）當(dāng)BMF 長(zhǎng)度為30 mm 時(shí)，BMFRC 凍 融循環(huán)前后的抗壓強(qiáng)度值最大.摻入不同長(zhǎng)度的BMF 均降低了凍融循環(huán)后高強(qiáng)混凝土的LR值.其中，摻入40 mm 長(zhǎng)度BMF 時(shí)的抗壓強(qiáng)度相較于凍融前降低最多，LR值為20.3%；BMF 長(zhǎng)度為20、30 mm 時(shí)的LR值相差不大，分別為17.2%、15.4%.

2.5 CBF/BMFRC 的抗壓強(qiáng)度及其損失率

圖8 為CBF/BMFRC 凍融循環(huán)150 次后的抗壓強(qiáng)度損失率.由圖8 可見(jiàn)：

圖8 CBF/BMFRC 凍融循環(huán)150 次后的抗壓強(qiáng)度損失率Fig.8 LR of hybrid CBF and BMF high strength concretes after 150 freeze-thaw cycles

（1）當(dāng)CBF 和BMF 按照1∶1 比例混雜摻入高強(qiáng)混凝土?xí)r，凍融前后的抗壓強(qiáng)度隨著φhf的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，均在φhf=0.300%時(shí)達(dá)到峰值，分別為71.9、60.9 MPa.當(dāng)φhf為0.150%、0.300%、0.450%、0.600%時(shí)，高強(qiáng)混凝土在經(jīng)歷150次凍融循環(huán)后的LR值分別為19.0%、15.3%、15.8%、17.8%，均顯著低于素高強(qiáng)混凝土的LR值（30.9%）；當(dāng)φhf為0.300%～0.450%時(shí)，混凝土的LR值相對(duì)較低，與Er值的結(jié)果有很好的一致性.

（2）CBF 和BMF 按照1∶2 的比例摻入高強(qiáng)混凝土?xí)r，凍融前后的抗壓強(qiáng)度均隨著φhf的增加先增大后減小，但凍融前的抗壓強(qiáng)度在φhf=0.300%時(shí)最大，經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后在φhf為0.450%時(shí)的抗壓強(qiáng)度最優(yōu).隨著φhf的增加，凍融后的LR值先降低后增大.當(dāng)φhf=0.450%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度與未凍融時(shí)相比僅降低了8.5%，抗壓強(qiáng)度的保留能力最強(qiáng).

2.6 CSW/CBF/BMFRC 抗壓強(qiáng)度及其損失率

圖9為CSW/CBF/BMFRC凍融循環(huán)150次后的抗壓強(qiáng)度損失率.由圖9可見(jiàn)：PC在經(jīng)歷150次凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度為45.1 MPa，LR=30.9%，CBFRC、BMFRC、CBF/BMFRC 在經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度分別為55.5、58.6、63.8 MPa，相較于凍融前分別降低了16.2%、15.4%、8.5%.由此可見(jiàn)，單摻0.15%CBF 與單摻0.30%BMF 在凍融前期對(duì)混凝土抗凍性能的提升效果相當(dāng)；以合適比例和摻量混摻二者后，混凝土抵抗凍融損傷的效果好于單摻CBF和BMF 時(shí).在引入CSW 之后，當(dāng)CSW 摻量為2%、3%時(shí)，CSW/CBF/BMFRC 的LR值持續(xù)降低，分別為6.0%、2.5%.這2 組高強(qiáng)混凝土在經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后的Er值依然高于97%，可見(jiàn)此時(shí)凍融對(duì)其內(nèi)部造成的損傷程度可以忽略不計(jì).原因分析同2.3，這里不再贅述.當(dāng)CSW 摻量為1%時(shí)，在經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后的Er值也高達(dá)96.9%，但其LR值相對(duì)較高，可能與試驗(yàn)結(jié)果的離散性較大有關(guān).

抗壓強(qiáng)度、LR值和Er值的結(jié)果呈現(xiàn)出很好的一致性.

2.7 SEM 分析

以試件CSW2CBF0.15BMF0.3 為例，通過(guò)SEM 分 析CSW/CBF/BMFRC 經(jīng) 歷150 次 凍 融 循環(huán)前后內(nèi)部的水化產(chǎn)物、纖維與基體界面黏結(jié)情況等，結(jié)果如圖10 所示.由圖10 可以看出：

圖10 試件CSW2CBF0.15BMF0.3 凍融循環(huán)前后的微觀結(jié)構(gòu)Fig.10 Microstructure of specimen CSW2CBF0.15BMF0.3 before and after freeze-thaw cycles

（1）凍融損傷前的水泥漿體較為密實(shí)，界面區(qū)域內(nèi)可見(jiàn)少量的原始微裂紋以及封閉的小孔隙.凍融損傷后的水泥漿體酥松、剝落，原始小孔隙劣化，連通形成了大孔隙.

（2）試件CSW2CBF0.15BMF0.3 在經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后，水泥基體剝落導(dǎo)致CSW 裸露，CSW 之間相互搭接，形成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效阻止了凍融循環(huán)前期混凝土內(nèi)部微裂縫的形成和發(fā)展.

（3）凍融循環(huán)前CBF 與基體間的界面結(jié)合良好.凍融循環(huán)后CBF 與基體間界面過(guò)渡區(qū)域（ITZ）變得松散，纖維的部分區(qū)段與水泥漿體間剝離，此時(shí)CBF 還沒(méi)有完全脫黏，可以繼續(xù)約束基體的凍脹開(kāi)裂.

（4）在經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后，BMF 與基體界面的過(guò)渡區(qū)域亦可在低倍數(shù)下探測(cè)到裂縫，可能是初始結(jié)合微裂縫延伸而成，但其損傷程度明顯小于其他2 種尺寸纖維的界面過(guò)渡區(qū).這也進(jìn)一步證明了CSW、CBF 和BMF 在混凝土不同凍融損傷階段發(fā)揮了多尺度抑制混凝土脹裂的作用.

3 結(jié)論

（1）各類別高強(qiáng)混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量（Er）均隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加逐漸下降，其中以素高強(qiáng)混凝土下降得最快.單獨(dú)摻入BMF 時(shí)，0.30%為優(yōu)勢(shì)摻量.30 mm 長(zhǎng)度玄武巖纖維束（BMF）的效果優(yōu)于20、40 mm 長(zhǎng)度BMF.隨著纖維總體積分?jǐn)?shù)（φhf）的增加，高強(qiáng)混凝土的抗凍性能先增加后降低.當(dāng)φhf相同時(shí)，短切玄武巖纖維（CBF）和BMF 體積比為1∶2時(shí)的效果優(yōu)于1∶1，此時(shí)的優(yōu)勢(shì)摻量為0.45%.隨著硫酸鈣晶須（CSW）摻量的增加，三摻短切玄武巖纖維、玄武巖纖維束和硫酸鈣晶須混凝土（CSW/CBF/BMFRC）的抗凍性能不斷提高，在經(jīng)歷300 次凍融循環(huán)后均未凍融破壞.

（2）各類別高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度（fcu）在經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后均出現(xiàn)不同程度的降低，其中以素高強(qiáng)混凝土下降得最多，強(qiáng)度損失率（LR）為30.9%.單摻BMF 時(shí)，BMF 摻量為0.45% 時(shí)的LR值 最低（11.4%），但BMF 摻量為0.30%時(shí)凍融前后的fcu值最大；30 mm 長(zhǎng)度BMF 混凝土的LR值最小.雙摻時(shí)，φhf為0.450%時(shí)的CBF 和BMF 比例為1∶2 混雜系列的LR值最?。?.5%）；三摻時(shí)，當(dāng)CSW 摻量為3%，混雜纖維/束高強(qiáng)混凝土凍融后的fcu值最大，LR值最?。?.5%）.

（3）綜合考慮Er、fcu和LR值，單摻、雙摻和三摻均提高了高強(qiáng)混凝土的抗凍性能.當(dāng)單摻BMF 時(shí)，最優(yōu)摻量為0.30%～0.45%，長(zhǎng)度為30 mm；雙摻CBF和BMF 時(shí)，最優(yōu)總體積分?jǐn)?shù)為0.450%，CBF 和BMF 比例為1∶2；三摻時(shí)，BMF 摻量為0.30%、CBF為0.15%、CSW 摻量為水泥質(zhì)量的3%時(shí)高強(qiáng)混凝土的抗凍性能最好.在優(yōu)勢(shì)摻量下對(duì)比，雙摻優(yōu)于單摻，加入CSW 時(shí)的三摻均優(yōu)于雙摻.

（4）高強(qiáng)混凝土的凍融損傷是從界面區(qū)（ITZ）、原始孔隙等有缺陷的地方開(kāi)始的.CSW 具有填充效應(yīng)，可以與水泥的水化產(chǎn)物反應(yīng)生成鈣礬石，形成致密的微觀結(jié)構(gòu).不同尺度的纖維在混凝土不同凍融損傷階段發(fā)揮抗裂作用，使得混凝土的抗凍性提高.