冻融循环作用下钢纤维混凝土力学性能试验研究

林拥军; 江思华; 郭松; 孙俪文

doi:10.3724/j.gyjzG25061306

冻融循环作用下钢纤维混凝土力学性能试验研究

doi: 10.3724/j.gyjzG25061306

西南交通大学土木工程学院, 成都 610031

基金项目:

四川省自然科学基金项目（2022NSFSC0430）。

详细信息

作者简介:
林拥军，博士，副教授，主要从事混凝土耐久性及结构抗震等方面的研究。email:scsmith@126.com

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出版历程
- 收稿日期: 2025-06-13
- 刊出日期: 2025-10-31

Experimental Research on the Mechanical Properties of Steel Fiber-Reinforced Concrete Under Freeze-Thaw Cycles

School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China

摘要

摘要: 开展8组不同强度等级钢纤维混凝土（SFRC）抗冻性能试验，分析混凝土强度等级与冻融循环次数对SFRC抗压强度、质量损失率、相对动弹性模量（RDEM）及微观结构演化的影响，建立基于RDEM的冻融损伤衰减模型，并预测典型寒冷地区SFRC耐久寿命。结果表明：低强度SFRC（C30、C40）冻融损伤显著，表面剥落、骨料外露明显，微观裂缝贯通，125次冻融后抗压强度损失率分别达35.02%和31.65%；高强度SFRC（C50、C60）整体性良好，损失率不超过9.61%；质量和RDEM损失率随冻融循环递增，高强度混凝土表现出更优抗冻性能。电镜分析显示高强度基体致密性优于低强度组。RDEM损伤模型拟合优度达0.994以上，可准确反映SFRC力学性能演变规律。寿命预测结果表明，C60 SFRC在寒冷地区最大耐久寿命可达19.7年。
- 冻融循环 /
- 钢纤维混凝土 /
- 力学性能 /
- 微观结构 /
- 损伤衰减模型 /
- 耐久寿命预测
Abstract: Freeze-thaw （F-T） resistance tests were conducted on eight groups of steel fiber-reinforced concrete （SFRC） with different strength grades. The effects of concrete strength and the number of F-T cycles on the compressive strength， mass loss rate， relative dynamic elastic modulus （RDEM）， and microstructural evolution of SFRC were investigated. An F-T damage model based on RDEM was established， and the service life of SFRC in typical cold regions was predicted. The results indicated that low-strength SFRC （C30， C40） exhibited significant F-T damage， with pronounced surface spalling， exposed aggregates， and through-thickness microcracking. After 125 F-T cycles， the compressive strength loss rates reached 35.02% and 31.65%， respectively. In contrast， high-strength SFRC （C50， C60） maintained better integrity， with strength loss rates below 9.61%. Mass loss and RDEM degradation increased progressively with F-T cycles， while high-strength SFRC demonstrated superior F-T resistance. Scanning electron microscopy revealed denser matrix structures in high-strength SFRC compared to low-strength specimens. The RDEM-based damage model achieved a coefficient of determination （R²） exceeding 0.994， accurately capturing the evolution of mechanical properties in SFRC under F-T cycles. Service life predictions suggest that C60 SFRC can achieve a maximum service life of up to 19.7 years in cold regions.
- freeze-thaw cycles /
- steel fiber-reinforced concrete /
- mechanical properties /
- microstructure /
- damage attenuation model /
- service life prediction

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