工学论文：纤维和粉煤灰掺量对PVA-FRCC侵蚀性能的影响分析

　　
　　式中：
　　
　　α为试件某一龄期剩余抗压强度比率；R1为28天标准养护龄期试件的抗压强度值，Mpa;R2为试件在某一龄期的抗压强度，Mpa.
　　
　　2试验结果分析 　　
　　2.1质量变化
　　
　　如图1所示为干湿循环作用下，纤维掺量对PVA-FRCC的质量变化影响。由图可知，随纤维掺量的增加，PVA-FRCC质量变化率的增幅变大。当纤维掺量为0%时，质量变化率的变化趋势为先增加后减小。当纤维掺量为0.5%~1%时，质量变化率为一直增加，但后期增幅平缓，前期质量增加的主要原因为PVA-FRCC的水化产物与侵蚀溶液中的硫酸根离子反应，生成膨胀性侵蚀产物钙矾石，填充了材料内部孔隙，使得质量增加；而后期质量增加缓慢或开始下降，是由于在反应过程中氢氧化钙（CH）和水化硅酸钙（C-S-H）等组分溶出和分解，或是受侵蚀层的剥落等原因造成质量损失。当纤维掺量为1%~2%时，质量变化率为一直增加，后期增幅明显，这是由于PVA纤维掺量大对水泥基材的约束能力越强，有效的抑制了材料的受蚀损伤。由于试验周期还不够长，纤维掺量1.5%~2%的PVA-FRCC质量变化还是持续增加的趋势。
　　
　　如图2所示为干湿循环作用下，粉煤灰掺量对PVA-FRCC的质量变化影响。由图可知，各试件的质量变化的趋势均为增加，表现出的规律为随着粉煤灰掺量的增加，其增加的幅度相应减小，在25个干湿循环后，FA1试件的增幅较F1.5小，FA3次之，FA5最小，主要原因是粉煤灰的掺入减少了水泥用量，使得侵蚀产物钙矾石减少，进而减少了受侵蚀层的剥落造成的质量损失；粉煤灰的掺入减少了由于CH和C-S-H等组分溶出和分解造成的质量损失；粉煤灰的二次水化作用，有效的延缓了侵蚀速度。基于上述因素的影响，粉煤灰掺量在50%之内时，PVA-FRCC的抗硫酸盐侵蚀性能随掺量的增大而更优。
　　
　　2.2剩余抗压强度比率
　　
　　如图3所示为干湿循环作用下，纤维掺量对PVA-FRCC抗压强度变化影响。从图中可以发现，各试件的剩余抗压强度比率变化规律相同，均为先增大后减小，但也有不同之处，纤维掺量在0%~0.5%时，侵蚀初期的剩余抗压强度比率增长幅度大，在后期减小的幅度也大，25个循环后，剩余抗压强度比率分别为0.52和0.6,强度损失较大；相比较而言，纤维掺量在1%~2%时，初期的剩余抗压强度比率增长幅度较小，在后期减小的幅度也小，25个循环后，剩余抗压强度比率分别为1、0.92和0.93,强度无损失或较小，表现出良好的抗硫酸盐侵蚀性能。以上说明，PVA纤维掺量在1%~2%时，纤维对水泥基材的约束作用明显，特别是在侵蚀后期。
　　
　　如图4所示为干湿循环作用下，粉煤灰掺量对PVA-FRCC的抗压强度变化影响。从图中发现，各试件的剩余抗压强度比率变化是先增大，而后开始减小，但各试件开始变化的节点均不相同，未掺粉煤灰的试件在4个循环后开始减小，10%掺量的试件在11个循环后开始减小，30%掺量的试件在11个循环后开始减小，50%掺量的试件在18个循环后开始减小。在25个循环后，剩余抗压强度比率分别为0.92、0.95、1.16和1.30.可见随着粉煤灰掺量的增加，延缓了1的强度损失，说明粉煤灰掺量在50%之内时，PVA-FRCC的抗硫酸盐侵蚀性能随掺量的增加而提高。
　　
　　3微观结构
    如图5（a）所示为未侵蚀试件的微观结构形态，可以看出C-S-H凝胶结构完整、密实，由于未发生侵蚀，内部无明显可见的钙矾石晶体。如图5（b）所示为试件在干湿循环下侵蚀25个循环后的微观结构形态，其结构形貌发生明显变化，F0试件中针棒状的钙矾石晶体短且稀疏，杂乱的分布在孔隙处，结合表观变化分析，可推测主要原因是试件的表面剥落，带走了大量的钙矾石；F1试件中在裂缝处积聚着白色花瓣状Na2SO4·10H2O晶体[12],原因是在干状态时，裂缝处的盐溶液中的水分蒸发，当达到过饱和状态会有盐析出，进入湿状态后，吸水形成Na2SO4·10H2O,体积膨胀4~5倍，形成极大的结晶压力；F2试件中的针棒状钙矾石晶体较长且更加致密，呈放射状，说明纤维的约束作用使得更多的钙钒石晶体聚集在一起。通过对试件微观结构的观测与分析，从微观上对宏观结果进行验证。
　　
　　如图6（a）所示为50%掺量粉煤灰的试件未侵蚀的微观形态，可以看出C-S-H凝胶结构完整、密实，并可以看到粉煤灰球状颗粒。如图6（b）所示为试件在干湿循环侵蚀25个循环后的微观形态，可以看到有针棒状钙矾石晶体的产生，但凝胶体仍密实，其原因为粉煤灰颗粒分散存在，填充于孔隙等缺陷处，进而抑制了SO2-4的侵入；二次水化作用进一步细化了浆体的孔结构；水泥用量的减少也使得侵蚀产物相应减少。
　　
　　4结论
　　
　　本文利用干湿循环试验方法，研究了不同纤维掺量和不同粉煤灰掺量对PVA-FRCC抗硫酸钠侵蚀性能的影响，同时利用扫描电镜在微观方面对侵蚀原因进行了验证。主要得到以下结论：（1）宏观试验结果显示，以质量变化率和剩余抗压强度比率作为评价指标，纤维掺量小于1%时，PVA-FRCC受硫酸盐侵蚀影响明显；纤维掺量大于1%时，受侵蚀影响明显减弱；粉煤灰掺量在50%之内时，随掺量的增大，PVA-FRCC受硫酸盐侵蚀影响逐渐减弱。（2）微观试验结果显示，干湿循环作用下，PVA-FRCC不仅受到钙矾石的侵蚀，还叠加了Na2SO4·10H2O结晶膨胀的损伤。
　　
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