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

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倍左右。内蒙古自治区在冬季使用大量的除冰盐以及区内盐湖（370多个）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的腐蚀，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（PVA-ECC）是近几年迅速发展的新型建筑材料，它具有较高的韧性、变形、控制裂缝的能力以及耐高温、耐磨、耐疲劳、和对环境无污染的特点。另外，新材料中的细骨料（常用石英砂）在我区有丰富的储量。针对我区混凝土结构耐久性问题的特点，本课题对该材料的抗裂性能、氯离子扩散、氯离子环境中的冻融循环、干湿循环以及该环境下的预埋钢筋锈蚀进行试验研究，并建立相应的数学模型，分析其破坏机理。此外，利用计算机建立氯离子侵蚀环境下的人工神经网络模型，建立氯离子腐蚀环境下PVA-ECC的寿命预测准则。该研究工作有一定的学术意义和普遍的工程应用价值。

聚乙烯醇纤维（PVA纤维）水泥基复合材料是近几年迅速发展的新型建筑材料，它具有较高的韧性、变形、裂缝控制能力以及耐高温、耐磨、耐疲劳、和对环境无污染的特点，可以克服传统混凝土脆性大、韧性差、抗拉强度低的缺点，已在国外某些工程中成为混凝土替代品，基于此，本课题从早龄期抗裂性、抗冻性、抗氯离子渗透性以及使用寿命分析等方面，开展了PVA纤维水泥基复合材料的研究工作，探索PVA纤维水泥基复合材料替代混凝土抗裂、抗冻、抗盐腐蚀的科学性。. 研究结果表明：① PVA纤维可有效抑制水泥基复合材料裂缝的产生和发展，裂缝宽度与裂缝总面积明显减小，最大裂缝宽度减小68%，裂缝总面积减小93%；掺入粉煤灰后，裂缝总面积增加近5倍， PVA纤维水泥基复合材料的抗裂性能表现出降低趋势；② 冻融循环300次后，PVA纤维水泥基复合材料相对动弹性模量高达88.56%，几乎没有质量损失，而普通混凝土相对动弹性模量仅为54.4%，质量损失率多达14.4%；掺入粉煤灰后，试件的相对动弹性模量降低明显，质量损失率也显著增大，抗冻性表现出降低的趋势；经灰色理论GM(1，1)模型的抗冻性使用寿命预测，PVA纤维体积率为1%的试件，在长春地区可使用140年。③氯离子浸泡140天时，干湿循环方式下混凝土平均渗透深度约为23.4mm，而PVA纤维水泥基复合材料仅为6～8mm，表现出很好的抗氯离子渗透性能；相比粉煤灰掺量为10%和50%，为30%的试件表现出较好的抗氯离子渗透性能。④ 人工神经网络模型预测冻融环境下PVA纤维水泥基复合材料的相对动弹性模量时，实测值与预测值最大误差仅为4.6%，吻合程度较好；预测氯离子浓度分布情况时，Fick模型的平均相对误差为11.76%，而GM(1,1)模型的平均相对误差仅为2.99%，具有较高精度。⑤ 在氯盐环境和冻融循环共同作用下，PVA纤维体积率为1.5%的试件，相对动弹性模量降低幅度和质量损失率最小；粉煤灰和硅灰分别按一定比例掺入，对于改善PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能效果不明显；与淡水环境相比，氯盐环境降低了PVA纤维水泥基复合材料的抗冻性能。. 综上所述，PVA纤维水泥基复合材料表现出较好抗裂、抗冻、抗氯离子侵蚀性能，可为改善传统混凝土结构抗裂、抗冻、抗盐腐蚀性能，提供研究背景和理论基础。