弯曲荷载、冻融及氯盐耦合作用下PVA纤维水泥基复合材料失效机理研究

混凝土结构受氯离子侵蚀在冻融循环、干湿循环状态下，其破坏速度可达普通混凝土的10倍。内蒙古在冬季使用大量的除冰盐以及盐湖中的氯离子对桥梁、道路及盐加工厂房的混凝土结构造成严重腐蚀，给我区带来了巨大的经济损失。聚乙烯醇纤维水泥基复合材料是近几年迅速发展的新型高性能材料，它具有较高的韧性、控制裂缝的能力以及耐高温、耐磨、耐疲劳和无污染等特点。该材料中的细骨料（石英砂）在我区储量丰富。针对我区混凝土耐久性问题的特点，结合申请者主持的国家自然科学基金项目"聚乙烯醇纤维水泥基复合材料抗冻性及耐盐腐蚀性试验研究"已取得的一些有价值的研究成果，本课题进一步对该材料在荷载与氯盐耦合作用下的冻融循环、干湿循环及该环境下钢筋锈蚀进行试验研究，结合扫描电镜进行微观研究，探索氯离子在该材料中的输运机理并建立数学模型；基于可靠度理论进行寿命预测，确立预测模型及准则。该研究工作有一定的学术意义和工程应用价值。

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA-ECC）是当前最成功的具有应变硬化特性和多缝开裂特性的水泥基复合材料，其超高韧性、优良的控制裂缝能力、耐高温、耐磨、耐疲劳等优良特性可以克服传统混凝土脆性大、韧性差、抗拉强度低的缺点，基于此，本课题通过试验研究与理论分析，研究了PVA-ECC的抗拉、抗弯、抗剪等基本力学性能，及其在荷载作用+氯盐侵蚀+冻融循环多因素耦合作用下的抗盐冻性、耐盐腐蚀性、弯曲性能和微观结构，为PVA-ECC在本地区的应用提供了一定的试验依据。. 试验研究表明：①水浴结合室内湿环境养护条件下、粉煤灰掺量为70%、水胶比为0.22、测试龄期为56d的PVA-ECC试件应变硬化效应和多缝开裂特性最为显著，其极限拉应变可稳定的达到3.0%以上，开裂应力可达3.0MP以上，极限拉应力可达5.8MP以上，达到极限拉应变时其平均裂缝宽度为67μm，平均裂缝间距仅为1.33mm；②纤维体积掺量为1.0%的PVA-ECC试件经600次冻融循环作用后依然具有较好的完整性，体现出优良的抗盐冻性能，足以满足本地区建筑结构在多因素耦合作用下对材料抗盐冻性能的要求；③试验参数相同时，多因素耦合作用下PVA-ECC的氯离子平均侵蚀深度小于双因素耦合作用下PVA-ECC的氯离子平均侵蚀深度；双因素耦合作用下PVA-ECC的氯离子结合规律较符合线性吸附模型，而多因素耦合作用下PVA-ECC的氯离子结合规律较符合Freundlich吸附模型；微观分析结果表明，冻融循环作用产生的冰压力促进了PVA-ECC内部微裂缝的扩展；④钢筋配筋率和PVA纤维体积掺量过高或过低，配筋PVA-ECC均体现出一定的脆性破坏特征，只有在合理的纤维体积掺量和钢筋配筋率的情况下，复合材料中纤维的桥连作用才得以充分发挥，配筋PVA-ECC才会表现出较高的韧性、较显著的应变硬化性能及多缝开裂特征；⑤在一定范围内，纤维体积掺量的提高可以显著提高配筋PVA-ECC的斜截面开裂荷载、阻裂性能和斜截面极限承载力；⑥采用灰色理论GM(1，1)模型可以较精确的对PVA-ECC在氯盐侵蚀+干湿循环耦合作用下的服役寿命进行预测。. 综上所述，PVA-ECC优良的力学性能和多因素耦合作用下优异的裂缝控制能力、抗盐冻性能、耐腐蚀性能，可以作为混凝土替代材料应用于内蒙古地区对材料力学性能及耐久性要求较高的工程结构中。