劉艷芬 趙曉明*

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

硫酸鹽侵蝕下PVA-FRCC強(qiáng)度劣化規(guī)律

劉艷芬 趙曉明*

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

研究了在硫酸鈉溶液長期浸泡作用下聚乙烯醇纖維水泥基復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度的劣化規(guī)律，分析了不同纖維摻量對強(qiáng)度劣化的影響，結(jié)果表明在長期浸泡作用下，聚乙烯醇纖維水泥基復(fù)合材料在纖維摻量為1%時抗壓強(qiáng)度劣化損失最小。

聚乙烯醇纖維，硫酸鹽侵蝕，強(qiáng)度劣化

混凝土硫酸鹽侵蝕破壞是混凝土耐久性研究的重要內(nèi)容之一，它是一個十分復(fù)雜的物理化學(xué)力學(xué)變化過程，影響因素眾多，危害性很大。鹽漬土和海水都會含有一定量的硫酸根離子，通過多種途徑進(jìn)入水泥基材料內(nèi)部，并與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理結(jié)晶析出，形成膨脹性產(chǎn)物，進(jìn)而使材料產(chǎn)生膨脹、開裂、剝落等破壞，最終導(dǎo)致強(qiáng)度和整體性喪失[1]。纖維的使用可以有效地消除混凝土早期開裂、提高材料抗拉強(qiáng)度和延性、將混凝土材料的脆性破壞模式轉(zhuǎn)化為延性破壞模式，纖維增強(qiáng)混凝土或纖維增強(qiáng)砂漿隨著纖維生產(chǎn)技術(shù)的提高和外加劑產(chǎn)品性能的不斷進(jìn)步，在性能和應(yīng)用上得到了長足發(fā)展。本文研究了在硫酸鈉溶液侵蝕下聚乙烯醇纖維水泥基復(fù)合材料的強(qiáng)度變化規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。試件全部在實(shí)驗(yàn)室制備，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d。養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行試驗(yàn)，侵蝕齡期從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后開始計(jì)算。聚乙烯醇纖維體積摻量分別取為0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%。實(shí)驗(yàn)配合比見表1。

長期浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的硫酸鈉溶液或水中浸泡14 d，為一個循環(huán)。干濕循環(huán)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的硫酸鈉溶液或水中浸泡7 d，然后取出試件，擦干表面溶液，放置于自然環(huán)境中晾干7 d，為一個循環(huán)。試驗(yàn)用水箱置于室內(nèi)環(huán)境中，試驗(yàn)過程中用塑料布對水箱進(jìn)行密封，防止水分蒸發(fā)。為了保證溶液濃度不變，每2個循環(huán)(28 d)更換1次硫酸鈉溶液。本試驗(yàn)最初設(shè)計(jì)為每兩個循環(huán)檢測1次，后來發(fā)現(xiàn)在短時間內(nèi)沒有明顯的侵蝕現(xiàn)象，就延長為每7個循環(huán)檢測1次。分別在2，4，11，18，25循環(huán)次數(shù)時，測試立方體抗壓強(qiáng)度。

表1 實(shí)驗(yàn)配合比

2 實(shí)驗(yàn)分析

通過圖1a)可以發(fā)現(xiàn)，在自然條件下，各種試件立方體抗壓強(qiáng)度變化曲線的總趨勢是增長的，其中F0，F(xiàn)0.5和F1試件抗壓強(qiáng)度前期增長速度快，而后期增長較緩慢，F(xiàn)1.5和F2試件的強(qiáng)度增長較平緩。這是由于纖維摻量少時，試件的水化反應(yīng)前期就基本完成，而纖維摻量大時，試件的水化反應(yīng)逐漸進(jìn)行。在自然條件下154 d時，F(xiàn)0，F(xiàn)0.5，F(xiàn)1，F(xiàn)1.5和F2試件的抗壓強(qiáng)度分別上升為標(biāo)養(yǎng)下抗壓強(qiáng)度的26.5%，19%，37.6%，27%和31.9%，可以發(fā)現(xiàn)在自然條件下抗壓強(qiáng)度增長幅度最大的是纖維摻量為1%的材料。還可以看出相同配合比的PVA-FRCC隨著纖維摻量的增加，材料的立方體抗壓強(qiáng)度隨之降低。

從圖1b)中可以看出，在整個實(shí)驗(yàn)過程中，各種試件抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律基本一致，包含兩個階段：誘導(dǎo)階段和加速階段[2]。PVA-FRCC的抗壓強(qiáng)度在誘導(dǎo)期內(nèi)慢慢增加，逐漸達(dá)到最大值，然后進(jìn)入加速階段，材料的抗壓強(qiáng)度開始降低。各種試件進(jìn)入加速階段時間點(diǎn)不同，F(xiàn)0，F(xiàn)0.5和F1試件在第四循環(huán)時強(qiáng)度達(dá)到最大值，隨后開始衰減。F1.5和F2試件在第11循環(huán)時強(qiáng)度達(dá)到最高峰，然后開始衰退，這說明纖維摻量為1.5%和2%時可以使硫酸鈉侵蝕時的誘導(dǎo)階段延長。

各種試件強(qiáng)度變化規(guī)律均是先增大后減小，這是由于前期水泥基材料水化反應(yīng)并未完成仍在繼續(xù)，同時硫酸鈉與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)生成的膨脹性侵蝕產(chǎn)物填充著材料中的孔隙，使得材料更加密實(shí)從而強(qiáng)度逐漸增長。而到后期隨著硫酸鈉溶液侵蝕的逐漸積累，侵蝕產(chǎn)物不斷的填滿孔隙，新生的侵蝕產(chǎn)物就產(chǎn)生了膨脹，隨著膨脹力的增加形成了新的裂縫，進(jìn)而發(fā)生脹裂破壞同時硫酸鈉侵蝕向內(nèi)部深入，達(dá)到一定程度時抗壓強(qiáng)度就開始減小。F0,F0.5和F1試件在侵蝕天數(shù)為56 d時，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，比標(biāo)養(yǎng)下抗壓強(qiáng)度分別增加了27.8%，28.9%，25.9%，可見增長幅度最大的是F0.5。在侵蝕350 d后，F(xiàn)0，F(xiàn)0.5和F1試件相比標(biāo)養(yǎng)下抗壓強(qiáng)度，分別減少了22.2%，13.5%和增長了3.1%，可見F1的抗硫酸鹽性能優(yōu)于F0和F0.5，而F0的性能最差。

F1.5和F2試件抗壓強(qiáng)度變化也是先增大后減小，但與其他試件不同的是在侵蝕循環(huán)為第11循環(huán)時抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，而且變化趨勢較平緩，比標(biāo)養(yǎng)下抗壓強(qiáng)度增加了14.1%和21%，可見增長幅度最大的是F2。在侵蝕循環(huán)為第25循環(huán)時，F(xiàn)1.5試件的抗壓強(qiáng)度比標(biāo)養(yǎng)下抗壓強(qiáng)度減少了9.5%，而F2不變。綜上所述，在硫酸鹽侵蝕下，PVA-FRCC在纖維摻量為1%時，強(qiáng)度損失最小。

從圖1b)中還可以看出，纖維摻量在不小于1%的材料，抗壓強(qiáng)度在第二階段變化幅度較小，而纖維摻量在小于1%的材料，在第二階段變化幅度較大。這是由于纖維對水泥基材的增強(qiáng)作用，隨著纖維摻量的增加，材料的抗裂性能隨之增強(qiáng)，裂縫減少，從而緩減了硫酸根離子的侵入，同時纖維對已侵蝕的部分起到一定的約束作用，減少了起皮、掉角等侵蝕現(xiàn)象，這樣也對未侵蝕的水泥基材料起到了保護(hù)作用?？梢婋S著纖維摻量的增加，PVA-FRCC抗硫酸鈉侵蝕的能力增強(qiáng)。但并不是纖維摻量越大PVA-FRCC的抗硫酸鹽侵蝕能力越大，這是因?yàn)殡S著纖維摻量的增大，材料內(nèi)部的氣泡也增多，對硫酸根離子的侵入提供了有利條件，這就對制備大摻量PVA-FRCC的方法提出了更高的要求。通過以上的對比分析發(fā)現(xiàn)，PVA-FRCC在纖維摻量為1%時的抗硫酸鈉侵蝕性能最優(yōu)。

如圖2所示為長期浸泡下纖維摻量對抗壓強(qiáng)度影響對比圖。從圖中可以看出，在28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，PVA-FRCC的立方體抗壓強(qiáng)度是隨著纖維摻量的增大而減小。在第11次循環(huán)結(jié)束后，各種試件的抗壓強(qiáng)度與標(biāo)養(yǎng)相比，均是增大，這表明硫酸根離子對試件的侵蝕作用在初期表現(xiàn)為增加強(qiáng)度；除纖維摻量為0.5%的試件外，其余試件的抗壓強(qiáng)度均隨著纖維摻量的增大而減小，表明侵蝕劣化影響開始表現(xiàn)出來。在第25次循環(huán)結(jié)束后，纖維摻量為0%,0.5%和1.5% 試件的抗壓強(qiáng)度與標(biāo)養(yǎng)相比均減小，而1%的增大，2%的不變，表明纖維摻量為1%的PVA-FRCC的抗硫酸鈉侵蝕效果最好。

3 結(jié)語

聚乙烯醇纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料是一種新型水泥基復(fù)合材料，該材料在拉伸、彎曲、壓縮等力學(xué)性能方面表現(xiàn)出良好的韌性和優(yōu)異的裂縫控制能力[3-5]。本實(shí)驗(yàn)研究了聚乙烯醇纖維水泥基復(fù)合材料在長期浸泡作用下的抗壓強(qiáng)度劣化規(guī)律，結(jié)果表明纖維摻量為1%時抗壓強(qiáng)度劣化損失最小。

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Sulfate erosion strength of polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composites and deterioration

Liu Yanfen Zhao Xiaoming*

(InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010051,China)

Study on the deterioration law of long-term immersion in sodium sulfate solution under the action of polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composites compressive strength, analyzes the influence of different fiber content on the strength degradation, the results show that in the long-term immersion effect, polyvinyl alcohol fiber reinforced cement based composite material in the fiber content is 1% the compressive strength deterioration the minimum loss.

polyvinyl alcohol fiber, sulfate attack, strength deterioration

2015-02-27

劉艷芬(1963- )，女，工程師

趙曉明(1985- )，男，工程師

1009-6825(2015)14-0113-03

TU433

A