本文是一篇土木工程论文，本文主要以 ASC 为研究基础，并在其中掺入 BF 用以改良 ASC 性能。主要对BF-ASC 基本力学性能、微观试验、应力-应变曲线关系、盐冻环境下其耐久性进行了一系列研究工作，通过试验研究、理论分析，得到如下主要结论：（1）风积沙取代部分河砂制备 ASC，其各项强度（劈裂抗拉强度、抗压强度和抗折强度）均能满足要求。同一纤维体积掺量下，随风积沙替代率的增加，BF-ASC 试件各项强度均先增后减，存在最佳掺量为 20%，使其各项强度达到最大。在 ASC 中掺入BF 以后，BF-ASC 劈裂抗拉和抗折强度得到很大提升，而抗压强度提升幅度较低，且提升幅度与 BF 体积掺量直接相关。并不是 BF 掺量越多，试件各项强度越大，而是随 BF掺量的增加而减小。综合评价风积沙与 BF 对试件各项强度的影响规律得出：风积沙替代率 20%，BF 体积掺量为 0.1%的 BF-ASC 力学性能表现最优。
1 绪论
1.1 研究背景与意义
混凝土作为当今世界各国最主要的建筑材料之一，由于其材料来源广泛、低成本、施工工艺简单、耗能低等优点，见证了人类社会由简至繁的发展过程[1~3]。随改革开放的发展，我国建筑行业发展势头迅猛，各类基础设施建设规模迅速扩大，对混凝土的需求正在迅速增加。用作混凝土细集料的河砂由于再生缓慢而逐渐无法满足当今建筑基础设施的需求。而且，我国中、粗砂资源分布严重不均。无论从经济，储备和环境的角度来看，都无法满足基础设施建设的需要。在我国西北、中西部地区储藏着丰富的风积沙资源，如何合理开发和利用风积沙用于工程建设，有着深远的经济效益和社会价值[4]。“一带一路”战略的实施加快了西北地区基础建设的发展，而处于我国西北部地区富集的风积沙对当地环境造成了巨大破坏，严重影响工程进度。如果将我国丰富的风沙资源用于建设项目[5~7]，不仅可以降低实际项目中粗砂收集和运输的成本，降低项目成本，还可以减轻河砂短缺的压力。同时能有效促进沙漠与沙漠化的治理，保护环境，实现混凝土资源的可持续发展。
有研究表明[8，9]，风积沙可以作为建筑用细骨料制备风积沙混凝土（Aeolian SandConcrete，简称 ASC），将其掺入到混凝土中可以增强其力学性能和耐久性，但同普通混凝土性能十分相近，ASC 抗折、抗拉强度低，韧性差，易开裂以及抗冻耐久性差等缺点，使其在实际施工中应用困难。如何改善 ASC 韧性，提高其抗裂能力以及耐久性能成为了研究人员不断探索的关键。将具有高弹性模量，高拉伸强度和良好耐久性的纤维均匀地掺入混凝土中可以改善混凝土的脆性，抑制开裂和提高韧性10，11]。目前连续玄武岩纤维（Continuous Baslt Fiber，简称 BF）作为 21 世纪的“万能”纤维成为了人们研究的热点，它是一种新型无机环保材料，具有出色的相容性和稳定的化学性能，且价格低廉，是其他纤维的理想替代品，也是目前较为理想的增强、增韧纤维材料，根据相关研究表明[12，13]：BF 与水泥混凝土混合时，很容易分散，新拌制混凝土体积稳定，可加工性好，耐久性好，具有优良的耐高温、防渗、抗裂和抗弯性能。 因此，通过 BF 提高 ASC 性能具有一定的实用价值。
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1.2. 风积沙混凝土国内外研究现状
风积沙混凝土（ASC）指用部分或全部风积沙替代普通天然河砂作为细骨料制备的混凝土。国外学者研究风积沙起步较国内早，最早是美国针对风积沙的工程材料特性和稳定性制作了《AASHTO 规范》。西班牙、意大利、非洲、中东等国家地区使用风积沙填筑路基及修筑高速公路，治理荒漠化[19]。国内对风积沙也做了大量研究。近些年来，许多工程技术人员和学术研究者结合工程建设的基本需要，针对不同工程项目性质和技术要求，对风积沙的工程特性、化学物理性质和 ASC 的力学性能、耐久性[20~22]以及其在工程上的应用[23，24]等方面展开了一系列深入研究，并取得了有效研究成果。
Padmakumar G P[25]等人对印度塔尔沙漠的风积沙进行试验研究，结果表明：这些砂体的性质与阿拉伯半岛、澳大利亚和中国的风积沙理化性质相似，为了能将风积沙作为细骨料应用于砂浆和混凝土中，人们把它与印度标准砂进行了对比，并且根据其化学成分、性质和抗压强度，研究发现它可以作为建筑用细骨料应用于混凝土等其他建筑材料中。
Elipe 等人[26]通过大量文献总结了风积沙是一种细小到中等的非塑性且颗粒级配良好的材料，综合调查了风积沙作为建筑材料使用的可能性，同时介绍了改进风积沙特性以及提高其性能的方法，为风积沙在工程中的广泛应用提供了参考。
Seif E S S A 等人[27]对沙特阿拉伯西部地区风积沙配制的水泥砂浆和混凝土进行试验研究，结果表明：风积沙主要由石英（88%）、长石（9%）和少量碳酸盐（2.2%）组成。当风积沙替代率高于 50%时，其工作性能和抗压强度均迅速下降。风积沙作为混凝土和砂浆的细骨料是可行的，并给出了水泥砂浆和混凝土的最优配比为 2：1：3（水：水泥：细集料）和 1：2：4：6（水：水泥：细集料：粗骨料）。
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2 试验材料与试验方案设计
2.1 试验原材料
（1）水泥：P·O42.5R 普通硅酸盐水泥，各项指标均符合《通用硅酸盐水泥》（ GB175 -2007）规范要求。其物理性能指标见表 2.1。
表2.1 水泥物理力学性能指标
（2）粉煤灰：采用包头市巨能粉煤灰利用有限责任公司生产的 II 级粉煤灰，其需水量为 95%，烧失量为 2.7%，表观密度为 2.3g/cm3化学成分见表 2.2。
表2.2 粉煤灰主要化学成分
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2.2 试验配合比设计
为了保证 BF-ASC 具有良好的工作性能且纤维能在混凝土基体内部均匀分散，本试验设计强度等级为 C40，经试配确定 外加剂为胶凝材料的 2%，砂率为 0.40，水胶比为0.45，风积沙等质量取代河砂质量比为 10%、20%和30%。将BF 分别以 0%、0.05%、0.1%、0.15%和0.2%的体积掺入 ASC 中。配合比见下表2.6。
表 2.6 BF-ASC 配合比（kg/m3）
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3 BF-ASC 基本力学性能研究...............21
3.1 立方抗压强度试验研究.............21
3.1.1 计算方法...................21
3.1.2 试件破坏形态分析..................21
4 BF-ASC 单轴受压应力—应变关系研究............................36
4.1 试件破坏过程、形态与单轴受压应力应变全曲线...................36
4.1.1 单轴受压破坏过程、形态...................36
4.1.2 单轴受压应力应变全曲线...........36
5 BF-ASC 在盐冻环境下的耐久性试验研究...............46
5.1 玄武岩纤维风积沙混凝土盐冻试验研究...............46
5.1.1BF-ASC外观形态试验结果..........46
5.1.2 ASC质量损失规律研究...............48
5 BF-ASC 在盐冻环境下的耐久性试验研究
5.1 玄武岩纤维风积沙混凝土盐冻试验研究
冻融破坏是影响混凝土耐久性的重要指标，国内外诸多学者、研究人员主要通过质量损失率、相对动弹性模量来评价混凝土抗冻性的优劣，通过两者变化规律来预测混凝土试件的内部损伤。相对动弹性模量作为一种无损伤检测评价工程结构的重要手段，被更多工程当做设计和评定的依据，所以，研究混凝土抗冻性是测定 BF-ASC 的应用基础。同时，本小节建立了基于相对动弹性模量的单段式、二参数 weibull 随机分布损伤模型，来表述混凝土试件在盐冻损伤下的失效过程。
5.1.1BF-ASC外观形态试验结果
混凝土在盐冻循环作用下发生破坏时表现的两个显著特征是冻胀开裂和表面剥蚀，且破坏通常是由表及里。随盐冻循环的进行，起初表现为试件表层砂浆剥落，出现大大小小的坑洞。随冻融次数加多，胶凝材料大量流失，坑蚀、坑洞也逐渐增多、变大，试件边角出现缺损现象，表面细骨料外露。在盐冻后期，细骨料逐渐剥落，导致粗骨料外露，表面凹凸不平，同时也加剧了混凝土内部开裂。
图 5.1 为未盐冻时 ASC 和 BF-ASC 的表观形态，从图可以看出两者混凝土并未变现出任何的差异，试件表面完整光滑无损伤，棱角分明。
图 5.1 未盐冻时各组混凝土试件表观形态
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6 结论与展望
6.1 结论
本文主要以 ASC 为研究基础，并在其中掺入 BF 用以改良 ASC 性能。主要对BF-ASC 基本力学性能、微观试验、应力-应变曲线关系、盐冻环境下其耐久性进行了一系列研究工作，通过试验研究、理论分析，得到如下主要结论：
（1）风积沙取代部分河砂制备 ASC，其各项强度（劈裂抗拉强度、抗压强度和抗折强度）均能满足要求。同一纤维体积掺量下，随风积沙替代率的增加，BF-ASC 试件各项强度均先增后减，存在最佳掺量为 20%，使其各项强度达到最大。在 ASC 中掺入BF 以后，BF-ASC 劈裂抗拉和抗折强度得到很大提升，而抗压强度提升幅度较低，且提升幅度与 BF 体积掺量直接相关。并不是 BF 掺量越多，试件各项强度越大，而是随 BF掺量的增加而减小。综合评价风积沙与 BF 对试件各项强度的影响
