纤维素纤维混凝土和素混凝土试件相对动弹性模量与冻融循环次数的关系见图1所示。可以看出，在冻融循环初期，纤维对改善混凝土抗冻性能作用不大，但随着冻融次数的增加，纤维的作用逐渐显示出来，300次后素混凝土的相对动弹模量降为42．46％，纤维混凝土相对动弹模量值均在70％左右，即纤维的掺人大幅改善了混凝土的抗冻性能，即使掺量为0．9 kg／m3的纤维素纤维也可明显改善混凝土的抗冻性能。比较素混凝土和纤维混凝土动弹性模量下降速度，发现素混凝土在冻融循环75次后，其动弹模量下降开始加快，150次后相对动弹模量降为61．94％；而纤维混凝土下降速度相对来说为缓慢，且在150次后才开始有明显下降，随后下降速率减慢，即使300次后其动弹模量仍维持在70％左右。表明纤维的掺入确实改善了混凝土的抗冻性能。

    解释混凝土冻害机理一般认为是静水压和渗透压假说。静水压认为混凝土试件在受冻过程中由于表层温度较低，冻结从混凝土表面开始。随着冻融循环次数／次圈l 不同纤维掺量混凝土相对动弹模随冻融循环次数变化规律25温度下降，首先结冰的是混凝土表面孔隙中的部分孔溶液与游离水。由于结冰时的体积膨胀，未结冰的孔溶液受压从结冰区向混凝土体内迁移。孔溶液在可渗透的水泥浆体中移动，必须克服黏滞阻力，形成水的压力梯度，因而产生静水压，对混凝土产生破坏作用。

    渗透压假说从另外一方面补充了混凝土冻害的机理。当混凝土处于饱水状态时，毛细孔中的水随温度的下降而结冰，但胶凝孔中的水并不结冰，而是处于过冷状态。过冷水的蒸汽压是高于冰的蒸汽压的，所以胶凝孔中的过冷水就会向毛细孔中冰的界面处发生渗透。过冷水的移动同样要克服黏滞阻力，于是在毛细孔中又产生一种渗透压力，同样对混凝土产生破环作用。

    由静水压理论可知，静水压的大小与孔溶液的流程长度呈正比。由于纤维素纤维天然的亲水性和独特的空腔设计，当混凝土受冻过程中，未结冰的孔溶液和自由水受压迁移时，一部分可以进入纤维内，从而缩短了其流程长度，减小了静水压力，减弱了对混凝土的破坏；另外由于纤维在混凝土中的散乱分布，阻止了混凝土的内原有孔道的连通，减弱了混凝土内的毛细现象。从渗透压理论解释也可认为纤维的存在减小了混凝土内部的渗透压，减弱了冻融对混凝土的破坏。

    总之，影响纤维混凝土低温性能和抗冻性的主要因素有3方面：

   (1)温度、湿度、时间和冻融循环次数等外因；

   (2)纤维掺量、纤维与混凝土黏结强度；

   (3)纤维混凝土本身的特性，如抗拉极限应变、韧性、含气量、气泡性质等内因。

    普通混凝土由于含气量较小，孔隙内部的饱水程度较高，因而受温度影响也较大。普通混凝土在低温干燥环境中的强度增长势明显慢于纤维混凝土，且抗冻融性也大大低于纤维混凝土。掺入纤维素纤维对混凝土低温和抗冻融性能的作用机理不同于引气剂。首先，纤维混凝土含气量增大，缓解了低温循环过程中的静水压力和渗透压力；其次，数千万根微细纤维改善了混凝土的内在品质，减少了内部缺陷数量，降低了原生裂隙尺度，提高了混凝土的抗拉极限应变和断裂能等抗拉性能；另外，由于纤维素纤维直径小，单位质量的纤维数量庞大(约15．9亿根／kg)，纤维间距小，增加了混凝土冻融损伤过程中的能量损耗，有效地抑制了混凝土的冻胀开裂，有益于混凝土低温环境下的强度增长和抗冻融耐久性的提高。

    结论

   (1)混凝土冻融循环过程中，在混凝土试件表面首先出现了孔洞，随着冻融循环次数的增加，这些孔洞逐渐形成坑槽，直至在混凝土表面出现了裂缝，试件破环。

   (2)纤维素纤维可以显著改善混凝土的抗冻性能，并且随着冻融次数的增加，其效果越明显。当冻融300次后，纤维素纤维混凝土的相对动弹模量是素混凝土的160％左右，混凝土中掺入纤维素纤维是提高抗冻标号的有效措施之一。

   (3)纤维混凝土相对动弹模量值与冻融循环次数的试验结果表明，在冻融循环初期，混凝土内部原有的初始缺陷对其动弹模量的负面影响要比纤维正面效应明显；随着冻融次数的增加，纤维对改善混凝土抗冻性能的作用逐渐明显，且随着纤维掺量的增

加，作用愈加明显。

   (4)UF500纤维素纤维的天然亲水性和独特的空腔结构，减短了混凝土内部的孔溶液和自由水的流程，减小了静水压力；众多散乱分布的纤维阻断了毛细孔道的连通，减小了混凝土内部的渗透压，减弱了混凝土内部的自应力，减轻了内部损伤，提高了混凝土的抗冻性能。