混凝土的渗透性是影响其耐久性的重要因素之一,由于混凝土耐久性问题越来越突出,混凝土渗透性备受关注。混凝土抗拉强度低导致混凝土结构在正常使用阶段多是带裂缝工作的,裂缝的存在会显著提高混凝土的渗透性,降低其耐久性。提高开裂混凝土的抗渗性能关键是限制裂缝宽度,结构型纤维可以将混凝土构件的深源裂缝变为浅源裂缝,将宏观裂缝变为细观裂缝,同时,结构型纤维还可以改变混凝土裂缝的形态(曲折度、粗糙度),对开裂混凝土的抗渗性能产生积极影响。本文依托国家自然科学基金面上项目“荷载作用下纤维对地下结构带裂缝混凝土抗渗性能的影响”(51578109),首先对结构型纤维及混杂纤维阻裂增韧的效果进行研究,然后利用自行设计的试验装置对开裂以及压荷载作用下混凝土渗透性进行试验研究。研究内容和结论如下:(1)通过试验,一方面研究了钢纤维对早龄期混凝土双向板弯曲韧性的影响,比较了弹性力学的计算方法与欧洲喷射混凝土协会(EFNARC)对弯曲韧性的评价方法,分析了钢纤维对早龄期混凝土双向板应力重分布、内力重分布和破坏形态的影响。结果表明:钢纤维对早龄期混凝土双向板的弯曲性能有显著的影响,随着纤维掺量的提高,混凝土裂后韧性明显提高。另一方面研究了钢纤维对脆性纤维编织网混凝土双向板的增韧效果,比较了钢纤维与耐碱玻璃纤维网格布和玄武岩纤维网格布混杂对混凝土双向板弯曲韧性的影响。从试验结果中可以看出,结构型钢纤维与纤维网格布混杂可以产生显著的正混杂效应,双向板的内力重分布更加均匀,破坏时裂缝宽度变小,裂缝条数增多,50kg/m3结构型钢纤维与网格布混杂可以替代配筋率为0.2%的钢筋网。(2)按照美国规范ACI Committee 544推荐的方法,利用课题组改进的冲击试验装置对混凝土抗冲击性能进行试验研究,分析了不同结构型纤维(结构型钢纤维、结构型聚丙烯纤维)与钢筋的混杂效应,对比了纤维种类及掺量对混凝土破坏形态的影响。发现结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维与钢筋混杂均表现出显著的正混杂效应,并且随着纤维掺量的提高,正混杂效应增大,混凝土抗冲击性能显著提高,破坏冲击耗能,侵彻深度,裂缝条数明显增加。(3)采用反馈劈拉试验,预制不同裂缝宽度等级的试件,利用自行设计的渗透测量装置,研究了裂缝宽度和纤维种类及掺量对开裂混凝土渗透性的影响,结果表明:裂缝可显著影响混凝土的渗透性,结构型纤维可降低开裂混凝土的渗透性,随着纤维掺量的提高,渗透系数降低。通过引入粗糙度和曲折度影响系数,修正后的泊肃叶定律可以用来评价开裂混凝土的渗透性。(4)利用自行设计的激光扫描装置采集裂缝表面形貌特征,通过MATLAB编程实现裂缝断面的三维重构,进而定量计算出了裂缝曲折度系数和裂缝表面粗糙度系数,同时,借鉴分形理论,计算了各组试件裂缝表面的分形维数,结果表明:结构型纤维对混凝土裂缝形态具有显著的影响,与不掺纤维的素混凝土试件相比,纤维的加入可以提高裂缝的曲折度和粗糙度,并且随着纤维掺量的提高,裂缝的曲折度和粗糙度逐渐增加。另外,参照分形理论中投影覆盖法和三棱柱法对不同类型试件的分形维数进行对比发现,结构型纤维对分形维数亦有明显的影响,随着纤维掺量的提高,试件的分形维数增大,可以采用分形维数作为评价指标来表征混凝土裂缝表面的粗糙程度。(5)通过自行设计组装的试验装置,对压荷载作用下混凝土的渗透性进行试验研究,分析了荷载等级(所施加荷载与试件最大承载力的比值)、纤维类型及掺量对混凝土渗透性的影响,同时研究了混凝土超声波波速随荷载等级的变化规律。结果表明:混凝土的渗透性受荷载等级的影响,对于素混凝土试件,当荷载等级小于0.6时,混凝土的渗透性没有显著的变化,当荷载等级超过0.6后,混凝土的渗透性会明显提高。纤维混凝土试件的渗透性随荷载等级的变化规律与素混凝土试件相似,但是结构型钢纤维的加入可以推迟混凝土渗透系数突变点的出现,当纤维掺量达到60kg/m3时,荷载等级超过0.8后,试件的渗透性才会出现显著变化,超声波波速随荷载等级的变化亦有明显变化,可以用来评价混凝土的渗透性。