046.钢纤维混凝土的耐久性

2011年第 1期（1月）第29 卷 混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下 抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整 性的能力。 正常使用条件下混凝土的耐久性主要取决 于混凝土的密实性。碳化作用、氯离子渗透等都与水泥 基体的渗透力成正比，若在混凝土中掺加适量的钢纤 维，则不会降低混凝土的密实性，因此不会增加侵蚀 物质的渗透，进而提高混凝土的耐久性。 1 钢纤维碱性保护 水泥颗粒在水化作用过程中，形成了许多游离石 灰（氢氧化钙），使混凝土的 pH≥12。 在该 pH 值环境 下，钢材表面形成细微的氧化膜，可以防止钢材锈蚀。 当 pH 值降低到 8～9 时，这种保护环境消失，如果有 水和氧出现，钢材就会腐蚀。 水泥颗粒周围的材料，如骨料、钢纤维及传统的 钢筋，加到水泥浆中形成一个局部密实性较差的区域， 而水泥的水化作用会使这些材料的周围形成一个厚 度约为 50 μm、强度低于水泥基材料、由氢氧化钙组成 的过渡区（见图 1[1]）。 如上所述，由于钢纤维周围存在大量氢氧化钙，使 钢纤维混凝土具有了良好的防腐蚀性能。 钢纤维直径 小，比表面积大，与传统钢筋混凝土中直径较大的钢 筋相比，氢氧化钙保护层的作用更为有效[2]。 2 碳化作用 混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳使混 凝土逐渐变成弱碱性的一个自然过程。 游离石灰转变 成碳酸钙，混凝土的 pH值降低。 碳化作用从混凝土表面开始，只要有充足的二氧 化碳，碳化作用就会持续向混凝土内部发展。碳化作用 的渗透率由混凝土的渗透性决定，并随时间的延长而 减小，是一个自我减速过程。 当 pH 值为 8～9 时，钢纤维表面的钝化保护层被 破坏，水分的进入将引起钢纤维腐蚀。 事实上，由于钢纤维周围有大量的氢氧化钙，当碳 化作用到达钢纤维时，停止向前发展。 在长期作用下， 钢纤维可能会失去钝化保护层，但埋置较深的纤维仍 是安全的。试验证明，高品质混凝土中钢纤维埋置深度 大于 5 mm时，在长期作用下不会被腐蚀[3]。 钢纤维混凝土的耐久性 董 帅，王 荣，孙 斌 （上海贝卡尔特-二钢有限公司， 上海 200131） 摘 要：针对钢纤维混凝土的耐久性进行了试验研究，其主要内容是对钢纤维混凝土的碱性保护作用、碳化作用、氯离子 渗透进行试验，并与钢筋和镀锌钢纤维混凝土进行了对比 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。结果表明，与钢筋混凝土相比，钢纤维与镀锌钢纤维由于 直径较小，比表面积大，受碱性保护作用更强，且掺入钢纤维不会影响混凝土的渗透力，所以能明显改善混凝土的耐久性。 关键词：混凝土；钢纤维；耐久性；碱性保护；碳化作用；氯离子渗透 中图分类号： TU 528.572 文献标志码： B 文章编号：1009-7767（2011）01-0131-03 Durability of Steel-fiber Concrete Dong Shuai，Wang Rong，Sun Bin 图 1 直径（D）对纤维表面影响及水灰比对抗压强度影响 （HV 为维氏显微硬度值） 基础与结构工程 Foundation & Structure Engineering 131 淘宝专业学术杂志店 http://xszz.taobao.com 2011No.1（J an.）Vol.29 钢纤维腐蚀产生的腐蚀产物导致了纤维体积增 加，但不足以使混凝土保护层开裂。若使用 Dramix-CN 纤维（镀锌纤维）则可避免这种腐蚀。 3 氯离子渗透 当混凝土暴露在海水、海边空气或除冰盐环境下 时，氯离子会渗透进入混凝土。 如果有氧气存在，这些 游离的氯离子就会削弱钢筋表面的钝化保护层，从而 导致表面腐蚀和孔蚀。试验证明，具有明显粗糙表面的 钢纤维与冷拉钢丝制造的钢纤维相比更容易产生孔 蚀。钢纤维周围有丰富的氢氧化钙物质包裹时，会减小 氯离子渗透引起的腐蚀作用。 通过电势测量表明[4]，钢 材表面存在腐蚀单元时，会引起电压降低。 钢纤维混凝土中的氯离子渗透远低于钢筋混凝 土（见图 2）。 从图中可以看出，钢筋混凝土构件表面腐蚀现象 严重，电压大大降低，而钢纤维混凝土电压变化很小， 基本没有产生腐蚀。 在模拟海洋环境中进行加速试 验，也证实了二者性能的不同。 图 3 为在海水中经过 300 次循环试验后，氯化物 渗透量相对于水泥的质量百分比，它表明氯化物含量 大大超出了临界限 0.4 %。 在海浪飞溅区进行了 5年试验，结果显示，埋置在 钢纤维混凝土梁中的钢筋由于钢纤维的存在而受到 保护。 图 4表明，冷拉钢丝纤维可获得最好的效果。 将处于开裂状态的钢纤维混凝土，分别在饱和氯 离子环境下和氯化物游离环境下进行了完整试验 [5，6] （见图 5）。图 5结果表明，当裂缝宽度小于 0.25 mm时， 在海水中进行 650 次循环交替暴露后，试件的弯曲强 度没有损失。 4 结论 混凝土中的钢纤维比表面积大于钢筋，所以钢纤 维周围的氢氧化钙保护膜的钝化作用大于钢筋，同时 抵抗碳化作用的能力也大大提高。 b） 钢筋混凝土 图 2 不同混凝土中增加 2 %的 CaCl2时电压变化曲线 a） 钢纤维混凝土 图 3 质量百分比 a.不掺钢纤维；b.片状钢纤维；c.冷拉钢丝纤维 图 4 钢筋直径为 10 mm，保护层厚度为 30 mm 的混凝土试件 暴露在海岸后表面腐蚀进展百分比 基础与结构工程 Foundation & Structure Engineering 132 淘宝专业学术杂志店 http://xszz.taobao.com 2011年第 1期（1月）第29 卷 （上接第 116页） 始吸附时，Pb2+首先占据最佳位置进行吸附，此时表面 吸附力取最大值，随着吸附的进行，天然膨润土表面 的 Pb2+越来越多，表面覆盖度和微孔的填充程度都增 加，吸附剂分子越来越难吸附 Pb2+，故吸附作用力和吸 附势也随着下降。 3 结语 1）天然膨润土对 Pb2+的吸附是吸热过程，升温有 助于反应的进行。 2）不同温度下天然膨润土对 Pb2+的吸附等温式与 Freundlich 等温式方程符合更好。 3）在 298～328 K时天然膨润土对 Pb2+的吸附为自 发进行的反应过程，且反应是增熵过程，吸附后体系 会变得更加混乱。 4）由于吸附自由能变 ΔG 为负值，所以天然膨润 土对 Pb2+的吸附是自发进行的。 5）在同一初始浓度下，吸附势随着温度的升高而 升高。而在同一温度下，随着初始浓度的增加，吸附势 减少。 参考文献： [1] 马前，张小龙. 国内外重金属废水处理新技术的研究进展[J]. 环境工程学报，2007，1（7）：10-14. [2] 黄君涛，熊帆，谢伟立，等. 吸附法处理重金属废水研究进展 [J]. 水处理技术，2006，32（2）：354-365. [3] Kubilay S，Giirkan R，Savran A.Removal of Cu2+，Zn2+ and Co2+ ions from aqueous solutions by adsorption onto natural bentonite [J]. Adsorption， 2007， 13（1）：9-12. [4] 施惠生，刘艳红.膨润土对重金属离子 Pb2+，Zn2+，Cr（Ⅵ），Cd2+ 的吸附性能[J]. 建筑材料学报，2006，9（5）：507-510. [5] Donat R，Akdogan A，Erdern E，et al. Thermodynamics of Pb2 + and Ni2 + adsorption onto natural bentonite from aqueous solutions[J]. Journal of colloid and Interface Science，2005，286 （1）：43-52. [6] Naseem R，Tahir S S. Removal of Pb2 + from aqueous/acid solutions by using bentonite as an adsorption [J]. Water Research，2001，35（16）：3982-3986. [7] 刘保安，董云会，刘晓芳 . Polanyi 吸附势理论的热力学推导 [J]. 山东建材学院学报，1999，9（2）：105. 收稿日期： 2010-11-17 作者简介： 易柱（1983-），男，湖南长沙人，助理工程师，学士，主要研 究方向为水利水电工程。 在海洋性环境下，氯离子侵入到混凝土中钢筋的 周围并产生化学反应，从而导致钢筋的腐蚀，而钢纤 维混凝土中氯离子渗透远低于钢筋混凝土，基本不会 产生腐蚀，极大地提高了混凝土的耐久性。 如果腐蚀对混凝土表面的美观产生不利影响，应 优先使用镀锌钢纤维，其耐久性更加优良。 与钢筋相比，钢丝纤维能减少混凝土的裂缝，限制 侵蚀物质的渗透，而且当裂缝宽度小于 0.25 mm 时钢 纤维混凝土试件不会产生破坏。 参考文献： [1] Wei S， Mandel J A， Said S. Study of the Interface Strength in Steel Fiber-Reinforced Cement-based Composites[J]. American Concrete Institude Jounal，1986，vol.4：597-605. [2] Mangat P S，Gurusamy K. Corosion resistance of steel fibres in concrete under marine exposure [J]. Cement and Concrete re- search，1988，18：44-54. [3] Kern B， Schom H. 23 Jahre alter Stahofaserbeton [J].Beton-und Stahibetonbau. 1991，86：205-208. [4] Jnaotkal， Konlos K， Frtalova D.Chloride corrosion of steel fibre reinforcement in cement montar[J]. The International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete，November 1989， 11：221-228. [5] Hannant D R， Edgington J. Durability of steel fifre concrete[J]. Proceeding， RILEM Symposium on Fibre reinforced cement and concrete， September 1975，1：159-169. [6] Mangat P S，Gurusamy K. Permissible crack widths in steel fibre reinforced marine concrete [J]. Materials and Structures，1987 （20）：338-347. 收稿日期： 2010-11-12 作者简介： 董帅（1983-），男，山西吕梁人，工程师，硕士，主要从事技 术支持工作。 a）Dramix钢纤维 b）熔化萃取钢纤维 图 5 早期开裂的纤维混凝土在海水中进行 650 次循环后平均 裂缝宽度对应的弯曲强度 基础与结构工程 Foundation & Structure Engineering 133 淘宝专业学术杂志店 http://xszz.taobao.com