腐蚀条件下纤维混凝土的力学特性及声发射响应

尹雅; 乔兰; 宋林波; 李庆文; 苗淼; 罗安

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2500458

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (1) :297-308 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2500458

建筑科学

腐蚀条件下纤维混凝土的力学特性及声发射响应

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Mechanical Properties and Acoustic Emission Response of Fiber-reinforced Concrete under Corrosion Conditions

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摘要

金属矿深部开采面临复杂高应力腐蚀环境,导致井壁及巷道支护结构腐蚀劣化,严重影响矿山安全与经济。聚焦于纱岭金矿的竖井支护混凝土,通过预实验确定聚丙烯纤维最佳添加量以制备高性能的C40纤维混凝土,设计6组不同腐蚀条件下的试验工况(无纤维等效1倍腐蚀、含纤维无腐蚀、原位浸泡、等效1倍腐蚀、等效3倍腐蚀、等效6倍腐蚀)。探究不同腐蚀条件对其单轴抗压强度、劈裂抗拉强度、剪切强度、静力受压弹性模量与泊松比等关键参数的影响。基于数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术,研究在单轴压缩状态下含预制裂隙的纤维混凝土裂纹扩展特性,并结合声发射频谱特征对裂纹的扩展开展分析。研究结果表明:基于现场支护混凝土的实际配比,聚丙烯纤维的最佳添加量为0.3%。随着腐蚀浸泡浓度的增加,试样弹性模量、内聚力和内摩擦角出现显著劣化,泊松比则逐渐增大,而试样的抗压和抗拉强度则逐渐降低。在预制裂隙周围形成主应变集中区,且随着环境温度和腐蚀浓度的增加,裂隙尖端效应变得更为明显,试样内部的缺陷增多,形成的微裂纹数量也显著增加,且微裂纹的生成时间更早。腐蚀浸泡溶液浓度增加,声发射累计计数逐渐增大,声发射b值的下降时间出现前置及多次下降的情况。研究结论不仅有助于提升矿山支护混凝土的抗腐蚀性能,同时也为腐蚀环境下的室内试验设计提供了参考和借鉴。

Abstract

In the face of complex high-stress corrosion environments, metal ore deep mining encounters the deterioration of well walls and roadway support structures, severely affecting mine safety and economy. Focusing on the vertical shaft support concrete of the Shaling gold mine. The optimal addition of polypropylene fibers was determined through pre-experiments to prepare high-performance C40 fiber concrete. Six different test conditions were designed (no fiber equivalent to 1× corrosion, fiber without corrosion, in-situ immersion, equivalent to 1×, 3×, 6× corrosion) to explore the influence of different corrosion conditions on key parameters such as uniaxial compressive strength, splitting tensile strength, shear strength, static compressive modulus, and Poisson’s ratio. Based on digital image correlation(DIC) technology, the crack propagation characteristics of fiber concrete with prefabricated cracks under uniaxial compression were studied, and the development of cracks was analyzed in combination with the spectrum characteristics of acoustic emission. The results show that based on the actual mix ratio of on-site support concrete, the optimal addition of polypropylene fiber is 0.3%. With the increase of corrosion immersion concentration, the elastic modulus, cohesive force, and internal friction angle of the specimens deteriorate significantly, while the Poisson’s ratio gradually increases, and the compressive and tensile strength of the specimens gradually decrease. A principal strain concentration zone is formed around the prefabricated cracks, and as the environmental temperature and corrosion concentration increase, the crack tip effect becomes more pronounced, the defects inside the specimens increase, the number of microcracks formed also significantly increases, and the generation time of microcracks is earlier. As the concentration of corrosive immersion solution increases, the cumulative count of acoustic emissions gradually increases, and the time of decrease in b value appears earlier and multiple times. The study not only helps to improve the corrosion resistance of mine support concrete but also provides reference for the design of indoor tests under corrosive environments.

Graphical abstract

关键词

纤维混凝土 / 腐蚀劣化 / 预制裂隙 / 力学特性 / DIC / 声发射

Key words

fibre concrete / corrosion deterioration / prefabricated fissures / mechanical properties / DIC / acoustic emission

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尹雅, 乔兰, 宋林波, 李庆文, 苗淼, 罗安. 腐蚀条件下纤维混凝土的力学特性及声发射响应[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(1): 297-308 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2500458

YIN Ya, QIAO Lan, SONG Lin-bo, LI Qing-wen, MIAO Miao, LUO An. Mechanical Properties and Acoustic Emission Response of Fiber-reinforced Concrete under Corrosion Conditions[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(1): 297-308 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2500458

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随着金属矿向深部开采的推进,矿床地质构造和矿体赋存条件愈发复杂^[1]。地应力显著增大,涌水量大幅增加,突水及井壁淋水现象愈发严重,共同构成了复杂的高应力腐蚀环境。在这种环境下,围岩及支护结构时刻受到矿井水冲刷、水压力、高温以及围岩应力的多重作用和腐蚀影响,给矿井的安全开采带来了严峻挑战^[2]。在长期冲刷浸泡的作用下,腐蚀性离子会随着裂隙、缺陷逐步渗透到支护结构内部,并发生复杂的化学反应,从而对支护结构造成腐蚀劣化^[3-4]。在此环境下,井壁及巷道的永久性工程支护混凝土结构强度显著下降,其耐久性问题随着服役年限的增长和腐蚀的加剧而日益凸显。众多井壁及巷道喷浆支护的混凝土结构已出现不同程度的变形、损伤及破裂,这不仅严重阻碍了矿山的正常运营和健康发展,更带来了巨大的经济损失^[5]。因此,深入研究金属矿深部开采环境下工程支护混凝土结构的腐蚀劣化机理,并制定相应的防治策略,已成为当前矿山安全生产的紧迫任务。

纤维常作为混凝土的外掺材料广泛应用于实际生产工程,其不仅能够显著提升混凝土的物理与力学性能,还能有效填补结构内部的缺陷,增强混凝土的密实度和抗渗、抗腐蚀能力^[6-7]。Wang等^[8]的研究进一步证实,通过在混凝土基体中掺入不同种类的纤维,可以显著优化混凝土的抗压、抗拉、抗折强度等各项性能。冯晨潞等^[9]聚焦于聚丙烯纤维混凝土,研究了不同腐蚀浸泡浓度和浸泡周期下其抗腐蚀能力。Nguyen等^[10]深入探索了聚丙烯纤维混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环复合作用下的性能变化,通过微观试验揭示了聚丙烯在试样内部形成的桥接作用,有效增强了混凝土的抗腐蚀和抗冻性能。张广泰等^[11]、姜天华等^[12]的研究也表明,在盐性环境的侵蚀下,聚丙烯纤维混凝土仍能保持较好的力学性能和耐久性。基于上述研究基础,现以纱岭金矿竖井支护混凝土的现场配比为依据,选用聚丙烯纤维作为掺合料,通过优化纤维的添加量,开展混凝土抗腐蚀性能的研究,以期为工程实践提供有力的技术支持和参考。

竖井井壁支护结构由于非一次性成型的特点,接茬处易产生裂缝,而内部缺陷、微裂隙的形成及其扩展、贯通是导致支护结构失去承载力的核心因素^[13-14]。因此,现通过预制裂隙的方式,探究节理、裂隙对支护结构强度的影响。在混凝土研究领域,国内外学者已针对不同裂隙几何参数开展了广泛的研究,并取得了相应的成果^[15-17]。薛欣然等^[18]在循环载荷作用下对预制切口混凝土的断裂特性进行了试验分析。杨国梁等^[19]通过预制裂纹探究了聚乙烯醇纤维混凝土的动态断裂性能。Zhang等^[20]探讨了超低温冻融循环条件下预制裂缝对混凝土力学性能的影响。汪学清等^[21]研究了预制裂隙角度对混凝土在受压作用下的裂纹扩展、破坏形式的影响。综上,尽管现有研究在聚丙烯纤维改善混凝土抗腐蚀、耐久性等性能方面取得了丰富成果,但鲜有研究将现场腐蚀环境与实验室腐蚀效果进行对比分析,且对预制裂隙混凝土的抗腐蚀性能研究尚显不足。

现聚焦于纱岭金矿竖井支护混凝土,旨在探究现场与实验室等效腐蚀环境下,且在预制裂隙条件下,聚丙烯纤维混凝土支护结构抗氯盐和硫酸盐腐蚀的性能。根据现场实际配比,通过预实验确定聚丙烯纤维最佳添加量,制备C40纤维混凝土,设计6组腐蚀条件下的试验工况(无纤维等效1倍腐蚀、含纤维无腐蚀、原位浸泡、等效1倍腐蚀、等效3倍腐蚀、等效6倍腐蚀),研究不同腐蚀浸泡浓度下混凝土试样的力学特性与预制裂隙条件下的破坏损伤模式,获取不同腐蚀条件下纤维混凝土的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度、剪切强度、静力受压弹性模量与泊松比等参数。运用数字图像技术(digital image correlation,DIC),并结合声发射频谱特征,对含预制裂隙的纤维混凝土在单轴压缩状态下的裂纹扩展特性进行深入探究。以期为高盐矿山井壁及巷道混凝土支护结构的安全性和抗腐蚀性提供宝贵的数据支持,同时也为腐蚀环境下的室内试验设计提供参考和借鉴。

1 试验方案设计

1.1 材料与配合比设计

以纱岭金矿为研究背景,以该矿竖井支护混凝土的配合比设计为参照,制作C40纤维混凝土试样。现场支护结构中C40混凝土配比参数如表1所示,水胶比为0.32,标准塌落度为190 mm,标准养护条件下的7 d和28 d抗压强度分别为40.6 MPa和51.3 MPa,砂率为42%,容重为2 421 kg/m³。选用P.O 42.5硅酸盐水泥,主要成分为CaO(60.5%)、SiO₂(19.7%)、Al₂O₃(5.12%)、Fe₂O₃(2.41%)、MgO(3.31%)。细骨料选用Ⅱ区级配良好的天然河砂,表观密度为2 400 kg/m³,堆积密度为1 540 kg/m³,细度模数为2.89 kg/m³。粗骨料选用石子,实验选用了两种不同粒径级配的石子,分别为5~10 mm和10~20 mm,表观密度分别为2 670 kg/m³和2 700 kg/m³,紧密堆积密度分别为1 510 kg/m³和1 540 kg/m³。添加比例为1∶1。纤维选用聚丙烯纤维,为束状单丝,单纤直径为30~80 μm,长度为6 mm,密度为0.91 g/cm³,弹性模量为4.8 GPa,抗拉强度为486 MPa,部分替换细砂(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)。试样制作搅拌用水为普通自来水,用水满足《混凝土用水标准》(JGJ63—2006)。

1.2 腐蚀条件及预制裂隙

为探究高盐环境对纤维混凝土试样的劣化影响,基于纱岭金矿4条竖井的水质检测报告,其中各竖井的水样氯化物浓度为8.5×10³~11.0×10³ mg/L,硫化物浓度为40~60 mg/L,且其pH为6.5~8,呈现近中性特征。为确保试验的精确性,在实验室内依据纱岭金矿主井水仓(深度-1 100 m)的氯盐和硫酸盐浓度,配制了等效1倍的腐蚀浸泡溶液。具体而言,所配制的溶液中氯离子与硫酸根离子的浓度分别为9.57×10³ mg/L和56 mg/L。为模拟现场实际环境下的等效腐蚀及加速腐蚀效果,还进一步配制了等效3倍和6倍腐蚀溶液浓度的试验溶液,并与无腐蚀条件及原位浸泡条件进行对比分

析。鉴于试验主要聚焦于氯盐和硫酸盐对试样劣化规律的影响,为排除其他潜在腐蚀性离子的干扰,溶液配制仅采用NaCl和Na₂SO₄。通过调研现有研究^[22-23],发现混凝土材料的腐蚀周期大多选定60、90、120、180 d,分析原因是浸泡时间过久,材料关键性能(如腐蚀速率、离子渗透率等)已进入稳定阶段,延长周期无显著差异。因此,考虑实验设计与时间成本,设定浸泡周期为120 d。

通过现场原位和实验室内的浸泡试验,设置无纤维等效1倍腐蚀与含纤维无腐蚀条件作为空白对照组。综上所述,共设计了6组试验工况的试样,包括无纤维等效1倍腐蚀、含纤维无腐蚀、原位浸泡、等效1倍腐蚀、等效3倍腐蚀、等效6倍腐蚀,为方便后续的数据展示与分析,将这6种工况分别记为A1、A2、A3、A4、A5、A6,各试验类型需准备3个样品取均值,因此每个工况准备18个样品。

为分析不同腐蚀浸泡环境下含预制裂隙试样的破坏形态,采用高精度3D打印机制作裂隙(裂隙尺寸为70.7 mm×20 mm×15 mm),型号为XYZ Printing Da Vinci 3.0。打印机喷头直径为0.4 mm,打印精度为0.1 mm。其原理是熔融沉积型,打印材料为聚乳酸(polylactic acid,PLA)高分子塑料,通过分层、层间堆叠的方式制作样本。

1.3 试验方案

采用的试验方案如图1所示。

1.3.1 含预制裂隙试样制备流程

(1)将3D打印的实体裂隙模型(尺寸为70.7 mm×20 mm×15 mm)放置于塑料模具之中,模具内尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm。

(2)在浇筑前,根据《纤维混凝土试验方法标准》(CECS 13—2009),将试验所需的细骨料和粗骨料进行干燥处理,以确保纤维能够均匀分散在试样中,避免结团现象。

(3)根据预定配比,首先对细砂和水泥进行干拌60 s,将所添加的纤维材料倒入搅拌机,继续搅拌60 s。

(4)沿搅拌机内壁缓慢将水倒入,搅拌设定时间60 s。最后将称好的石子逐步倒入搅拌机,设定时间90 s。搅拌过程中如出现结团现象,需立即停机,用刮板手动打散结团部分,并重新启动搅拌机继续搅拌。

(5)为确保顺利脱模,在裂隙和模具内壁均匀喷洒脱模剂。搅拌完成后,料浆分次倒入模具,用量角器确保裂隙居中且角度为30°,避免震荡引起的移位。刮除多余砂浆,覆盖保鲜膜完成浇筑。48 h后脱模并拔出3D打印裂隙模具,将试块置于恒温恒湿养护箱中养护28 d,随后进行实验。

1.3.2 测试方法

(1)力学性能试验:采用WHY-2000Z微机控制压力试验机,参照《纤维混凝土应用技术规程》(JGJ/T 221—2010)进行相关力学试验,加载速率分别为0.5 MPa/s和0.05 MPa/s.

(2)引伸计:采用环向引伸计测量试样(Φ50 mm×100 mm)的泊松比。加载前对试样上下断面进行打磨处理,确保不平整度小于0.5 mm,尺寸误差在±0.03 mm,垂直误差在±0.25°。测量试样泊松比时,先以100 N/S负荷控制加载,至抗压强度80%后转为0.005 mm/min速度,以保护引伸计。

(3)DIC:运用高速DIC技术观测裂缝扩展,采用超高速摄像机以100 kHz频率采集图像。试件表面喷涂黑白哑光漆形成散斑图,通过图像分析获取覆盖韧带的应变、位移等信息。

(4)声发射:采用美国声学物理公司的声发射监测系统,收集计数、能量、幅值等参数。试样中心布置对称探头,信号设定40 dB,使用凡士林、双面胶和橡皮筋固定探头。声发射监测与单轴压缩同步进行,确保数据一致性。

1.4 预实验

预实验旨在确定混凝土中聚丙烯纤维的最佳添加量,为后续腐蚀试验奠定基础。对5种添加量下的试块进行抗压、抗压强度测试,获得结果如图2所示。聚丙烯纤维的适量添加显著提升了混凝土强度。然而,随着添加量的增加,抗压强度逐渐降低,0.3%的添加量表现出最优的增强效果。这是由于过量纤维引起的聚集效应,导致混凝土内部空隙和不均匀分布,进而影响了混凝土的密实性和强度。因此,在混凝土中利用聚丙烯纤维增强力学强度时,应严格控制添加量,避免过量。选定的聚丙烯纤维添加量为0.3%。

2 纤维混凝土的基本力学特性研究

2.1 力学强度分析

2.1.1 抗压与抗拉强度

针对不同试验工况的试样进行了力学试验,获得其抗压强度、抗拉强度及破坏应变的测试结果如图3所示。可知,A1与A4试样的抗压强度从43.95 MPa提升至47.41 MPa,增幅达7.87%,表明纤维添加对试样的抗腐蚀性能有显著提升作用。然而,A2试样抗压强度达到53.56 MPa,而A3、A5、A6在腐蚀环境下抗压强度分别为46.36、46.41和44.15 MPa,均有所下降。分析表明,不同腐蚀浸泡环境对试样抗压强度的影响具有差异性,总体趋势显示随着腐蚀溶液浓度的升高,抗压强度逐渐降低。腐蚀环境中的Cl^-、${\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}$离子渗透至试样内部,引发复杂的化学反应并生成膨胀性物质,导致试样内部产生膨胀应力和不同形式的裂纹^[24]。特别地,A3抗压强度略低于A4,这可能是由于现场井下水的平均温度(40 ℃)高于实验室温度(23 ℃),进而影响腐蚀性离子进入试样内部的速率,从而影响了试样的损伤劣化程度^[25]。

由图3中抗拉强度结果可知,纤维增强试样的抗拉强度高于无纤维试样,4种环境腐蚀浸泡试样抗拉强度关系为:A4>A3>A5>A6。腐蚀浸泡溶液浓度升高,试样抗拉强度逐渐降低。整体而言添加纤维的试样抗拉强度提升效果明显且抗腐蚀性能优越。

2.1.2 内聚力和内摩擦角

内摩擦角和内聚力作为材料力学特性的关键参数,直接反映了材料内部颗粒间的摩擦力和相邻部分间的黏聚力^[26]。采用直剪试验机对试样进行直剪试验,设置法向应力分别为2.5、5.0和7.5 MPa。试验数据经过处理与曲线拟合后,绘制了以法向应力(正应力)为x轴、剪应力为y轴的剪切试验曲线,如图4所示。

基于摩尔-库伦准则获得了试样的内聚力和内摩擦角值,如图5所示。对比A3和A4试样,两者的内聚力和内摩擦角均显著高于A1,表明纤维的加入有效改善了试样内部颗粒间的摩擦力,增强了试样的内聚力和内摩擦角。环境温度影响下,A3的内聚力和内摩擦角低于A4。腐蚀环境浸泡后,试样的内聚力和内摩擦角呈现下降趋势。与A4相比,A5的内聚力和内摩擦角劣化程度较大,而A6则呈现较为平缓的下降趋势,表明随着腐蚀溶液浓度的升高,试样性能下降的速率逐渐减缓。

2.2 泊松比和弹性模量分析

通过引伸计获得试样的泊松比与弹性模量,如图6所示。可知,A2的泊松比最小,这是由于聚丙烯纤维的添加有效抑制了试样的侧向膨胀和可压缩性,从而显著降低了横向变形,增强了试样的刚性。A3与A4的泊松比相近,表明环境温度对试样泊松比的影响相对较小。随着腐蚀溶液浓度的增加,试样的泊松比逐渐上升,A6的泊松比最高,表明在腐蚀性溶液中,试样的横向变形能力增强。

弹性模量是衡量材料刚性的重要参数,取应力-应变曲线弹性阶段计算得到试样的弹性模量。由图6可知,A2的弹性模量最大,而A1的弹性模量最小,从30.02 GPa显著提升至44.51 GPa,增幅高达48%。A6弹性模量最低,但仍然高于未添加纤维的试样,说明纤维添加能有效改善试样的刚性与整体力学性能。A3与A5的弹性模量相近。随着腐蚀溶液浓度的上升,试样的弹性模量虽逐渐降低,但下降趋势逐渐减缓。

2.3 基于DIC的宏观破坏形态分析

对含有预制裂隙(长度=15 mm,角度=30°,深度=70 mm)的纤维混凝土进行了单轴抗压试验,其破坏形态如图7所示。为深入分析加载过程中裂隙的演变,选取4个特征点(10.0%P_max, 48.0%P_max, 90%P_max, 99.8%P_max)进行研究,其中P_max为试件在加载过程中承受的峰值荷载。经DIC数据处理,各特征点的主应变及裂隙扩展趋势如图8~图12所示。加载初期(10.0%P_max)内部裂隙和缺陷在压力作用下逐渐密实,主应变较小,无集中现象。随着加载至48.0%P_max,预制裂隙下底板出现应变集中,裂隙周围形成主应变差,微破裂区域显现但宏观裂隙尚未形成。加载至90%P_max时,最大主应变显著增加,向裂隙尖端转移,裂纹尖端出现应力集中,微破裂区域扩展成宏观裂隙,试样接近破坏,应力达到峰值强度的85%~90%。最终(99.8%P_max),试样在主应变集中区形成翼型裂纹和反翼型裂纹,导致试样破坏。基于上述分析与图7所示破坏形态对比,表明腐蚀溶液浓度对试样破坏形态有显著影响。随腐蚀溶液浓度升高,最大主应变增大,且更早达到临界应变区,并导致微裂纹更早产生、数量更多。

2.4 声发射监测分析

2.4.1 振铃计数特性

图13展示了单轴压缩下不同试验工况下试样的应力、振铃计数及累计计数参数随时间变化曲线。获得不同加载阶段声发射计数和应力之间的对应关系,从试样宏观破坏形态及内部损伤两个维度探讨试样的破裂演化机制。

孔隙裂隙压密阶段,试样内部缺陷被压密、压实,振铃计数处于较低水平,腐蚀浸泡的试样在此阶段会产生第一次峰值。随着荷载增加,试样进入裂隙稳定扩展阶段,结合DIC分析,试样开始萌生微裂纹,局部产生较小裂隙,腐蚀浸泡试样产生第二次峰值,且随浸泡浓度增加振铃计数越大。非稳定破裂发展阶段,计数出现短暂性跌落后急速上升,计数进入“突增期”,试样内部裂纹大规模扩展、贯通。峰值强度阶段,振铃计数达到峰值后迅速衰落,此时裂隙完全贯通,试样内部发生本质性变化,试样失去承载能力。腐蚀浸泡试样与未浸泡试样相比,两次峰值出现前置现象,振铃计数普遍偏高。A2、A3、A4、A5、A6试样的累计振铃计数分别为65 000、95 000、69 000、94 000、112 000,表明随着腐蚀性溶液浓度的增加,试样的劣化损伤加剧,承载能力逐渐减弱。

2.4.2 b值演化特征

声发射b值能预测试样失稳破坏的临界状态^[27]。Sagar等^[28]提出利用b值来统计声发射的幅值分布规律,公式为

(1)$\mathrm{l}\mathrm{g}N=a-b\frac{{A}_{\mathrm{d}\mathrm{B}}}{20}$

式(1)中:N为声发射信号幅值超过A的事件数;a为常数;b为不同幅值下声发射事件分布的斜率;A_dB为以分贝(dB)为单位表示的声发射信号幅值。b值的变化直接反映了加载过程中试样声发射信号幅值的变化和破裂状态。通过对加载总时间的划分,并计算不同时间段内的b值,绘制了试样在加载过程中b值的演化特征图,如图14所示。不同试验工况下试样声发射b值具有相似性,大致呈“抖动上升-上下波动-急速下降”的变化特征,分别对应着试样的孔隙裂隙压密、裂隙稳定扩展、非稳定破裂3个阶段。进一步对比分析发现,不同试验工况下试样的b值存在细微差异。A2、A3、A4的b值具有一致性,表明环境温度和低浓度腐蚀浸泡对b值的影响较小。然而,A5的b值在350 s时开始下降,表明试样提前出现失稳现象。在300 s和400 s时,A6的b值出现了两次明显下降,这可能是由于高浓度腐蚀溶液导致试样内部初始孔隙和裂纹数量增加,加剧了内部损伤,使得裂隙提前发育。

3 结论

探讨在模拟现场与实验室腐蚀环境下,聚丙烯纤维混凝土在预制裂隙条件下的抗腐蚀性能。设计6组腐蚀条件下的试验工况,研究不同腐蚀浸泡浓度下混凝土试样的力学特性与预制裂隙条件下的破坏损伤机制,获得了如下结论。

(1)基于纱岭金矿竖井支护混凝土结构,C40纤维混凝土在聚丙烯纤维添加量为0.3%时强度最优。过量纤维导致空隙和分布不均,影响混凝土密实性和结实性。

(2)力学测试表明,添加纤维的混凝土(A3、A4)在抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角上均优于未添加纤维的混凝土(A1)。随着腐蚀浓度增加,各参数降幅逐渐减小,A4~A6的下降趋势趋于缓和。

(3)A2的泊松比最小,弹性模量最大,表明聚丙烯纤维减少侧向膨胀性,增强刚性。腐蚀浓度升高导致泊松比上升,弹性模量逐渐降低但趋势减缓。

(4)预制裂隙纤维混凝土的单轴抗压破坏形态与DIC数据表明,试样破坏形式具有一致性。腐蚀溶液浓度越高,主应变越大,且更早达到临界应变区,产生微裂纹的时间更早,形成的微裂纹数量更多。

(5)声发射监测显示,随腐蚀浓度增加,试样的劣化损伤加剧。b值呈现“抖动上升-波动-急速下降”特征,A2、A3、A4的b值相似,表明环境温度和低浓度腐蚀对b值影响有限。

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原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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基金资助

国家科技重大专项(2024ZD1004305)

国家自然科学基金面上项目(52374113)

廊坊市科技支撑计划(2024011067)

中国博士后科学基金(2025M773254)

国家资助博士后研究人员计划(GZB20250752)

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Received	Published
2025-01-17	2026-01-08
Online Date
2026-05-27

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