劉全慶，李光輝，宋云祥，楊 靜

（1.河南豫淮高速公路有限公司，信陽(yáng) 464400；2.河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，鄭州 450006）

玄武巖纖維和聚合物作為水泥混凝土的新型改性材料，可以明顯提高混凝土的抗折強(qiáng)度、抗沖擊韌性和疲勞性能等，顯著改善水泥混凝土的性能。玄武巖纖維混凝土和聚合物混凝土已成為國(guó)內(nèi)外研究較多、應(yīng)用較廣的新型水泥基復(fù)合材料［1－4］。近年來，鋼筋混凝土的耐久性問題給世界各國(guó)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全危害［5，6］，其中因混凝土抗氯離子滲透性能不足而引起的鋼筋銹蝕問題比較嚴(yán)重。氯離子滲透性反映了混凝土的密實(shí)程度以及抵抗外部介質(zhì)向混凝土內(nèi)部侵入的能力，是評(píng)價(jià)混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一［7］。該文對(duì)玄武巖纖維聚合物混凝土抗氯離子滲透性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以探討玄武巖纖維和聚合物共同作用對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的改善作用，為玄武巖纖維和聚合物在混凝土工程中的應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

水泥采用P·O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用I級(jí)粉煤灰；砂為Ⅱ區(qū)中砂，級(jí)配良好，細(xì)度模數(shù)2.8；碎石采用兩種粒徑規(guī)格，其中4.75～9.5mm占30%，9.5～19mm占70%，符合5～20mm連續(xù)級(jí)配；外加劑選用緩凝型聚羧酸高性能減水劑，摻量為膠凝材料用量的1.3%；玄武巖纖維采用短切玄武巖纖維，其外觀為金褐色；聚合物乳液選用羧基丁苯乳液（SD622S）。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)選擇基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，以玄武巖纖維和丁苯乳液摻量為變化參數(shù)，其中玄武巖纖維摻量為1.5kg/m3、2.5kg/m3和3.5kg/m3，分別記作F15、F25和F35；丁苯乳液摻量為膠凝材料用量的5%、10%和15%，分別記作R5，R10，R15，基準(zhǔn)混凝土配合比如表1所示。

表1 C50混凝土基準(zhǔn)配合比

2 試驗(yàn)方法

混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50082—2009）［8］中電通量試驗(yàn)方法進(jìn)行，該方法通過測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)流過混凝土的電量，快速評(píng)價(jià)混凝土的滲透性能高低。制作150mm×150mm×150mm的混凝土立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到測(cè)試齡期后，鉆取?100mm×50mm的圓柱體芯樣，將標(biāo)準(zhǔn)芯樣進(jìn)行真空飽水，然后置于標(biāo)準(zhǔn)夾具中，通過0.3mol/L NaOH溶液和3%NaCl溶液給試件施加60V直流電，通電6h，記錄流過的電量，并據(jù)此評(píng)價(jià)混凝土滲透性能的高低。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 玄武巖纖維對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響

通過混凝土電通量試驗(yàn)，測(cè)試了玄武巖纖維摻量分別為0、1.5kg/m3、2.5kg/m3和3.5kg/m3的玄武巖纖維混凝土28d齡期的電通量。圖1為混凝土電通量隨玄武巖纖維摻量的變化情況圖。

從圖1中可以明顯地看出，隨著玄武巖纖維摻量的增加，混凝土的電通量呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)纖維摻量為2.5kg/m3時(shí)比基準(zhǔn)混凝土電通量降低了26%，由此可見玄武巖纖維的摻入可以明顯提高混凝土的抗氯離子滲透性能。分析其原因主要是：當(dāng)混凝土中摻入玄武巖纖維時(shí)，在微裂縫發(fā)展過程中，由于纖維的阻裂作用有效地抑制微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，尤其是抑制了連通裂縫的產(chǎn)生，避免了連通毛細(xì)孔的形成，從而提高了混凝土的抗?jié)B能力，有效地提高了混凝土的抗氯離子滲透能力。

3.2 丁苯乳液對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響

本試驗(yàn)以普通混凝土試件為基準(zhǔn)，測(cè)定了丁苯乳液摻量5%、10%和15%時(shí)28d齡期混凝土的電通量。圖2為混凝土電通量隨丁苯乳液摻量的變化情況圖。

從圖2中可以得到，丁苯乳液的摻入顯著地降低了混凝土的電通量，改善了混凝土的抗?jié)B性能。隨著丁苯乳液摻量的增加，混凝土的電通量呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，雖然丁苯乳液摻量為15%時(shí)，混凝土電通量較丁苯乳液摻量為10%時(shí)有所增加，但與基準(zhǔn)混凝土相比仍有明顯的降低。當(dāng)丁苯乳液摻量為10%時(shí)，較基準(zhǔn)混凝土電通量降低了31%，對(duì)混凝土的抗氯離子滲透性能的改善作用明顯。分析原因：一方面是由于丁苯乳液具有減水作用，使用水量減小，當(dāng)丁苯乳液和水泥漿體拌合后，隨著水泥顆粒的不斷水化，將在水泥水化產(chǎn)物表層形成聚合物膜，并形成包覆和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而減少了硬化混凝土內(nèi)部孔隙率，減弱氯離子在混凝土中穿透和擴(kuò)散的能力；另一方面是由于摻入聚合物能有效填充試樣內(nèi)部孔隙，改善內(nèi)部過渡區(qū)，且聚合物脫水形成的聚合物膜也能有效封閉試樣內(nèi)部連通孔，提高混凝土密實(shí)度，進(jìn)而有效提高其抗氯離子滲透性能。

3.3 玄武巖纖維與丁苯乳液復(fù)摻對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響

考慮玄武巖纖維與丁苯乳液對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的耦合影響作用，結(jié)合單摻玄武巖纖維和丁苯乳液對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)以普通混凝土為基準(zhǔn)，分兩個(gè)系列：系列一，固定玄武巖纖維摻量為2.5kg/m3，變化丁苯乳液聚合物摻量（5%、10%和15%）；系列二，固定丁苯乳液摻量為10%，變化玄武巖纖維摻量（1.5kg/m3、2.5kg/m3和3.5kg/m3）。圖3為玄武巖纖維混凝土電通量隨丁苯乳液摻量變化的情況，圖4為丁苯乳液聚合物混凝土電通量隨玄武巖纖維摻量變化的情況。

從圖3中可以得到，當(dāng)玄武巖纖維摻量為2.5kg/m3時(shí)，隨著丁苯乳液摻量的增加，玄武巖纖維混凝土電通量呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)。丁苯乳液摻量為10%時(shí)，玄武巖纖維混凝土電通量值最小，較基準(zhǔn)混凝土和未摻丁苯乳液的玄武巖纖維混凝土分別降低了71%和61%。由此可見，在玄武巖纖維混凝土中摻入丁苯乳液聚合物可以顯著改善混凝土的抗氯離子滲透性能。

從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)丁苯乳液摻量為10%時(shí)，隨著玄武巖纖維摻量的增加，聚合物混凝土電通量呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，比基準(zhǔn)混凝土電通量降低了31%～71%。玄武巖纖維摻量為2.5kg/m3時(shí)，聚合物混凝土電通量值最小，較基準(zhǔn)混凝土和為摻玄武巖纖維的聚合物混凝土分別降低71%和59%。由此可見，在聚合物混凝土中摻入玄武巖纖維可以顯著改善混凝土的抗氯離子滲透性能。

綜合圖3和圖4可以得到，玄武巖纖維和丁苯乳液復(fù)摻對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的改善作用要明顯優(yōu)于玄武巖纖維或丁苯乳液?jiǎn)螕降那闆r，試件編號(hào)為F25R10混凝土電通量較F25和R10混凝土電通量分別降低了61%和59%，較基準(zhǔn)混凝土降低了71%。由此可見，玄武巖纖維和丁苯乳液聚合物復(fù)摻可以顯著提高混凝土的抗氯離子滲透性能。

另外，試件編號(hào)為F35R10和F25R15的玄武巖纖維聚合物混凝土電通量值較F25R10有所提高，但仍比基準(zhǔn)混凝土的電通量值小。由此可以得到，玄武巖纖維和丁苯乳液聚合物復(fù)摻對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的改善作用是有摻量限制的，并不是兩者的摻量越高越好。這是由于當(dāng)混凝土中復(fù)摻的玄武巖纖維和丁苯乳液摻量過大時(shí)，纖維與水泥膠漿的粘結(jié)力會(huì)有所降低，進(jìn)而會(huì)影響玄武巖纖維聚合物混凝土的氯離子滲透性能。

4 結(jié) 論

a.單摻玄武巖纖維或丁苯乳液聚合物均可以顯著降低混凝土的電通量值，提高了混凝土的抗氯離子滲透能力，但是單摻二者時(shí)對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的改善作用存在合理?yè)搅?，并不是單摻二者的摻量越大越好?/p>

b.單摻丁苯乳液聚合物對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的改善作用要優(yōu)于單摻玄武巖纖維的情況。

c.玄武巖纖維和丁苯乳液聚合物復(fù)摻對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的改善作用要優(yōu)于二者單摻時(shí)的改善情況，但是二者復(fù)摻對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的改善作用仍存在一個(gè)合理的摻量范圍。

［1］ Dylmar Penteado Dias，Clelio Thaumaturgo.Fracture Toughness of Geopolymeric Concrete Reinforced with Basalt Fibers［J］.Cement and Concrete Composites，2005，27（1）：49－54.

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［3］ 鐘世運(yùn)，袁 華.聚合物在混凝土中的應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

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［6］ 馮乃謙，蔡軍旺.山東沿海鋼筋混凝土公路橋的劣化破壞及其對(duì)策的研究［J］.混凝土，2003（1）：3－12.

［7］ 巴恒靜，張武滿，鄧宏衛(wèi).評(píng)價(jià)高性能混凝土耐久性綜合指標(biāo)—抗氯離子滲透性及其研究現(xiàn)狀［J］.混凝土，2006（3）：3－5.

［8］ GB/T 50082—2009，普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.