影響混凝土低溫性能和抗凍性的主要因素可從內(nèi)外兩個(gè)方面來分析.從外因上看,主要有溫度、濕度、時(shí)間和凍融循環(huán)次數(shù)等.從內(nèi)因上看,主要是混凝土本身的特性,如強(qiáng)度、抗拉極限應(yīng)變、含氣量、氣泡性質(zhì)、纖維類型和摻量等.普通混凝土由于含氣量較小,相對(duì)而言,孔隙內(nèi)部的飽水程度較高,因而受溫度影響也較大.

  從表3可以看出,普通混凝土在低溫干燥環(huán)境中的強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯慢于其它混凝土,并且在28 d齡期前就出現(xiàn)了凍壞現(xiàn)象.同樣,如表4所示,在吸水飽和狀態(tài)下,普通混凝土的抗凍融性能也大大低于其它混凝土.在混凝土中加入引氣劑,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生無數(shù)微小且不連通的氣泡,提高了混凝土的含氣量,降低了孔隙中的飽水程度,這不僅有利于混凝土在低溫環(huán)境下的強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng),而且這些氣泡在硬化后的混凝土中可以緩解凍融過程中產(chǎn)生的冰脹壓力和毛細(xì)孔水的滲透壓力,從而提高了混凝土的抗凍融能力.然而摻入聚丙烯腈纖維對(duì)混凝土低溫和抗凍融性能的作用機(jī)理有別于引氣劑.首先,由于亂向分布的微細(xì)纖維相互搭接,阻礙了混凝土攪拌和成型過程中內(nèi)部空氣的逸出,使混凝土的含氣量增大,緩解了低溫循環(huán)過程中的靜水壓力和滲透壓力;其次,微細(xì)纖維改善了混凝土的早期內(nèi)部缺陷,降低了原生裂隙尺度,提高了混凝土的抗拉極限應(yīng)變,改變了混凝土的抗拉行為特征.

  另外,聚丙烯腈纖維的彈性模量隨溫度降低而提高的特性對(duì)纖維混凝土低溫環(huán)境下抵抗凍脹破壞具有正面加強(qiáng)效應(yīng);最后,由于聚丙烯腈纖維直徑小,單位質(zhì)量的纖維數(shù)量龐大(每克約876 000根),纖維間距較小,因此其具有明顯的與其它微細(xì)有機(jī)纖維相同的阻裂效應(yīng),增加了混凝土凍融損傷過程中的能量損耗,有效地抑制了混凝土的凍脹開裂,有益于混凝土低溫環(huán)境下的強(qiáng)度增長(zhǎng)和抗凍融耐久性的提高.