影響混凝土低溫性能和抗凍性的主要因素可從內(nèi)外兩個方面來分析.從外因上看,主要有溫度、濕度、時間和凍融循環(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)境中的強度增長趨勢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)境下的強度持續(xù)增長,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混凝土低溫和抗凍融性能的作用機理有別于引氣劑.首先,由于亂向分布的微細纖維相互搭接,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纖維混凝土低溫環(huán)境下抵抗凍脹破壞具有正面加強效應(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有機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)境下的強度增長和抗凍融耐久性的提高.