盐渍土环境下玄武岩纤维混凝土（BFRC）的性能劣化规律与机理研究
Study on the deterioration law and mechanism of performance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC) in saline soil environment
关键词：
玄武岩纤维混凝土；氯盐和硫酸盐干湿循环；高低温循环；冻融循环；力学性能；孔结构；微观结构
Key words：
Basalt fiber reinforced concrete (BFRC); Chloride and sulfate dry-wet cycle; High and low temperature cycle; Freeze-thaw cycle; Mechanical property; Pore structure; Microstructure
刊期：
2026年第1期
DOI：
10.19761/j.1000-4637.24060305
文章编号：
基金项目：
陕西省创新能力支撑计划-创新团队项目（2020TD-005）；中国路桥工程有限责任公司2022重点科技攻关项目（2021-zlkj-09）。
作者：
孙 强，王成亚
单位：
中国路桥工程有限责任公司，北京 100011
摘要
摘 要：通过模拟我国西部盐渍土真实环境，设计了复盐（氯盐与硫酸盐）干湿循环-高低温循环-冻融循环耦合劣化循环制度，并在室内开展了混凝土耐久性能加速试验，研究了玄武岩纤维（BF）掺量（0、0.05%、0.10%、0.20%）和耦合劣化循环次数（0、1、2、3、4、5次）对混凝土质量损失率、相对动弹性模量、饱和面干吸水率、孔结构、力学性能和微观结构的影响，并分析了劣化机理。结果表明：随着耦合劣化循环次数的增加，玄武岩纤维混凝土（BFRC）的质量损失率增大，相对动弹性模量降低，饱和面干吸水率先下降后上升；掺入适量BF可显著提高混凝土的力学性能，当BF掺量为0.10%时，耦合劣化循环5次后BFRC的抗压强度损失率和劈裂抗拉强度损失率均小于其他组；与未掺BF的混凝土相比，掺BF的混凝土具有更低的孔隙率；掺入适量BF可有效抑制混凝土内部微裂缝的扩张，减缓侵蚀产物的扩散速率。
Abstract: By simulating the real environment of saline soil in western China, a coupling deterioration cycle mechanism of dry-wet cycle, high and low temperature cycle, and freeze-thaw cycle of composite salt (chloride and sulfate) was designed. Accelerated durability tests of concrete were conducted indoors, and the effects of basalt fiber (BF) content (0, 0.05%, 0.10%, 0.20%) and coupling deterioration cycle times (0, 1, 2, 3, 4, 5 times) on mass loss rate, relative dynamic elastic modulus, saturated surface dry water absorption rate, pore structure, mechanical properties, and microstructure of concrete were studied, and the deterioration mechanism was analyzed. The results show that with the increase of coupling degradation cycle times, the mass loss rate of basalt fiber reinforced concrete (BFRC) increases, the relative dynamic elastic modulus decreases, and the saturated surface dry water absorption first decreases and then increases. Adding an appropriate content of BF can significantly improve the mechanical properties of concrete. When the BF content is 0.10%, the compressive strength loss rate and splitting tensile strength loss rate of BFRC after 5 times of coupling degradation cycle are lower than those of other groups. Compared with concrete without BF, concrete with BF has a lower porosity. Adding an appropriate content of BF can effectively suppress the expansion of microcracks inside concrete and slow down the diffusion rate of erosion products.
结论
（1）随着耦合劣化循环次数的增加，试件的质量损失率增大，相对动弹性模量降低。相同耦合劣化循环次数下，掺BF试件的质量损失率基本小于BF-0试件。
（2）随着耦合劣化循环次数的增加，不同BF掺量试件的饱和面干吸水率均呈先下降后上升再趋于稳定的趋势；耦合劣化循环5次后，掺入适量BF可有效降低试件的饱和面干吸水率。
（3）试件的抗压和劈裂抗拉强度均随着耦合劣化循环次数的增加而减小。相同耦合劣化循环次数下，掺入适量BF可显著提高混凝土的强度。耦合劣化循环5次后，当BF掺量为0.10%时，混凝土的抗压强度损失率和劈裂抗拉强度损失率均小于其他组。
（4）耦合劣化循环4次后，混凝土中的大孔含量上升，胶凝孔和过渡孔含量下降，总孔隙率增大；掺入适量BF可有效降低试件的孔隙率，最佳BF掺量为0.10%。
（5）掺入适量BF可有效抑制混凝土内部微裂缝的扩张，抑制贯穿式裂缝的产生。当BF掺量为0.10%时，混凝土中钙矾石、石膏和Friedel’s盐的衍射峰强度最小，表明Cl-和SO42-浓度最小，即掺入适量BF能够降低侵蚀产物的扩散速率，减缓混凝土的劣化速度。
参考文献
[1] 乔宏霞,杨博,路承功,等.基于Gamma随机过程的西部严酷环境下钢筋混凝土可靠性评估[J].中南大学学报(自然科学版),2020,51(5):1384-1390.
[2] AL-AMOUDI O S B.Attack on plain and blended cements exposed to aggressive sulfate environments[J].Cement and Concrete Composites,2002,24(3-4):305-316.
[3] 孙丛涛,牛荻涛.混凝土中氯离子扩散性能的深入探讨[J].工业建筑,2010,40(9):80-83.
[4] SU L,NIU D,HUANG D,et al.Chloride diffusion behavior and microstructure of basalt-polypropylene hybrid fiber reinforced concrete in salt spray environment[J].Construction and Building Materials,2022,324:126716.
[5] 李华.混凝土在干湿循环与硫酸盐侵蚀作用下的劣化机理分析[J].兰州工业学院学报,2020,27(2):9-14.
[6] 张成琳,刘清风.钢筋混凝土中氯盐和硫酸盐耦合侵蚀研究进展[J].材料导报,2022,36(1):69-77.
[7] MENG Z,LIU Q,UKRAINCZYK N,et al.Numerical study on the chemical and electrochemical coupling mechanisms for concrete under combined chloride-sulfate attack[J].Cement and Concrete Research,2024,175:107368.
[8] 于泳,朱涵,朱学超,等.玄武岩纤维混凝土抗冲击性能研究[J].建筑结构学报,2015,36(增刊2):354-358.
[9] 何军拥,田承宇.玄武岩纤维水工高性能混凝土的耐久性研究[J].混凝土与水泥制品,2013(5):46-48.
[10] 金建东.玄武岩纤维增强混凝土抗氯离子渗透性能试验研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2017.
[11] 李雁.海洋腐蚀与冻融环境下掺合料混凝土物理力学性能及损伤机理研究[D].徐州:中国矿业大学,2015.
[12] ATKINSON A,HEARNE J A.Mechanistic model for the durability of concrete barriers exposed to sulphate-bearing groundwaters[J].MRS Online Proceedings Library(OPL),1989,176:149.
[13] 李金玉,彭小平,邓正刚,等.混凝土抗冻性的定量化设计[J].混凝土,2000(12):61-65.
[14] 金立兵.多重环境时间相似理论及其在沿海混凝土结构耐久性中的应用[D].杭州:浙江大学,2008.
[15] 周勇.海水冻融与侵蚀耦合作用下桥梁下部结构耐久性评估[M].北京:人民交通出版社,2012.
[16] 王成,李曦彤,葛广华,等.复合盐侵蚀-干湿耦合作用下玄武岩纤维混凝土腐蚀劣化试验[J].复合材料科学与工程,2023(2):75-83.
[17] 胡秀月,庞建勇,雷成祥.玄武岩纤维混凝土孔隙结构及在围压下渗透性能研究[J].复合材料科学与工程,2023(1):94-99.
[18] 王振山,李浩炜,吴波,等.玄武岩纤维混凝土的耐碱腐蚀性及力学性能试验研究[J].应用力学学报,2019,36(5):1088-1095,1258-1259.
[19] 陶琦,付强,王悦石,等.玄武岩纤维混凝土工作特性受纤维掺量影响的反复受压试验研究[J].中国测试,2023,49(2):168-173.
[20] MOHSENI E,SAADATI R,KORDBACHEH N,et al.Engineering and microstructural assessment of fibre-reinforced self-compacting concrete containing recycled coarse aggregate[J].Journal of Cleaner Production,2017,168:605-613.
[21] 吴中伟,廉慧珍.水泥基复合材料科学研究中的辩证思维[J].混凝土,2000(4):3-7.
[22] LI D,NIU D,FU Q,et al.Fractal characteristics of pore structure of hybrid basalt-polypropylene fibre-reinforced concrete[J].Cement and Concrete Composites,2020,109:103555.
[23] 路承功.西北盐渍环境下混凝土结构材料耐久性试验研究及寿命预测与评估[D].兰州:兰州理工大学,2022.
[24] 赵燕茹,刘芳芳,王磊,等.单面盐冻条件下基于孔结构的玄武岩纤维混凝土抗压强度模型[J].材料导报,2020,34(12):12064-12069.
[25] 张兰芳,王道峰.玄武岩纤维掺量对混凝土耐硫酸盐腐蚀性和抗渗性的影响[J].硅酸盐通报,2018,37(6):1946-1950.
[26] 王成,李曦彤,葛广华,等.盐冻环境下塔里木灌区水工玄武岩纤维混凝土抗腐蚀性能试验研究[J].混凝土,2022(10):79-86.
[27] 甘磊,吴健,沈振中,等.硫酸盐和干湿循环作用下玄武岩纤维混凝土劣化规律[J].土木工程学报,2021,54(11):37-46.
[28] 操镜,王成,葛广华,等.复合盐溶液浸泡下玄武岩纤维混凝土耐腐蚀性能的试验研究[J].工业建筑,2022,52(2):24-31.
[29] 王振山,宗梦媛,赵凯,等.硫酸钠环境下玄武岩纤维混凝土耐腐蚀性能及力学性能试验研究[J].建筑结构,2020,50(20):118-123,37.
引用本文
孙强,王成亚.盐渍土环境下玄武岩纤维混凝土（BFRC）的性能劣化规律与机理研究[J].混凝土与水泥制品,2026(1):29-36.
SUN Q,WANG C Y.Study on the deterioration law and mechanism of performance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC) in saline soil environment[J].China Concrete and Cement Products,2026(1):29-36.
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