韓國堯 康張偉 陳春伶 鐘俊明 鄧泳洋

（西安翻譯學院，陜西 西安 710105）

1 試件制備

1.1 原材料及配合比設計

原材料：試驗沙石，粗骨料為碎石，細骨料為原狀土且在自然狀態(tài)下呈軟塑狀態(tài)，水泥為摻有活性氧化硅、活性氧化鋁的火山灰水泥。

配合比：此次實驗設置三種混凝土級配：C25，C35，C45，主要配置指標及用量如表1、表2、表3。

表3 混凝土強度C25 主要配置指標

1.2 試件成型、養(yǎng)護及配置侵蝕溶液濃度

試件成型：所有混凝土坍落度均在55—70mm 的設計范圍內，目測保水性較好。采用100mm*100mm*100mm 的模具進行制作，在充分振動，使之密實后進行養(yǎng)護。

試件養(yǎng)護：采用標準養(yǎng)護，在溫度為20℃±5℃的環(huán)境中靜置一晝夜至兩晝夜，然后進行編號，拆模。拆模后繼續(xù)自然養(yǎng)護。試件彼此間隔10～20mm，試件表面定期灑水并使其保持潮濕。

配置侵蝕溶液濃度[1]：本次侵蝕采用全浸泡的方式，則硫酸和氫氧化鈉溶液的濃度配置如下表4

表4 混凝土強度C35 主要配置指標

表5 混凝土強度C45 主要配置指標

表6 侵蝕溶液配置表

1.3 全浸泡環(huán)境下酸侵蝕

準備火山灰混凝土三種不同級配各10 組進行實驗，并設置10 組未侵蝕混凝土作為對照組。將養(yǎng)護成型的不同級配混凝土分別進行實驗，均浸泡在配置好的酸性溶液中。浸泡時間均為20d，侵蝕充足時間以后取出風干后進行抗壓破壞試驗。

1.3.1 侵蝕不同強度混凝土破壞形式

取出在酸性條件下侵蝕后的火山灰混凝土，觀察其表面，沒有發(fā)現(xiàn)混凝土表面存在較大裂隙，方形火山灰混凝土棱角處存在輕微侵蝕，表面有微小的孔洞，并且出現(xiàn)了黃褐色的小麻點。

1.3.2 侵蝕機理

侵蝕后的火山灰混凝土底部觀察到有少量白色附著物，初步判定是硫酸根離子與混凝土中的少許鈣離子等其他雜質反應生成的。通過實驗檢測發(fā)現(xiàn)硫酸溶液中存在大量的硫酸根離子，而火山灰混凝土的主要成分為碳酸鈣，則溶液中游離的鈣離子和硫酸根離子發(fā)生化學反應，生成了極難溶于水的硫酸鈣，也就是表面這些白色附著物[2]。硫酸根離子隨著浸泡的時間增加，滲入火山灰混凝土的內部，導致游離的硫酸根離子與內部的鈣離子發(fā)生反應，在內部生成了無凝膠作用的膨脹物質，改變了火山灰混凝土的結構成分，使混凝土從內部開始腐蝕，進而降低了內部結構的強度[3]。

1.4 全浸泡環(huán)境下氫氧化鈉侵蝕

同樣準備火山灰混凝土三種不同級配各10 組進行實驗，并設置10 組未侵蝕混凝土作為對照組。將養(yǎng)護成型的不同級配混凝土分別進行實驗，均浸泡在配置好的堿性溶液中。浸泡時間均為20d，侵蝕充足時間以后取出風干后進行抗壓破壞試驗。

1.4.1 浸濕不同強度混凝土破壞形式

將浸泡時間充足的火山灰混凝土從堿性溶液中取出，觀察到在混凝土塊的表面也存在有少量白色固體，在混凝土表面發(fā)現(xiàn)了大量的小孔，其棱角處存在輕微的腐蝕。

1.4.2 侵蝕機理

氫氧化鈉是強堿，混凝土主要成分為碳酸鈣，是弱堿鹽。且碳酸鈣在堿性溶液中不溶解，即不會水解出氫離子，無法和氫氧根離子反應。通過查閱資料，得知碳酸鈣跟氫氧化鈉不能反應；因為復分解發(fā)生的反應中 鹽+堿=新鹽+新堿 的條件下，反應物都可以溶于水，且反應后會有沉淀或難電離物生成。碳酸鈣不溶于水的性質，導致不能以鈣離子與碳酸根離子的形式在溶液中自由移動，即使在溶液中氫氧化鈉以離子形式存在，但依然無法與碳酸鈣發(fā)生反應，則混凝土表面白色沉淀是氫氧化鈉與混凝土中其他反應物生成的沉淀。在內部結構中生成的無凝膠膨脹性物質，對混凝土造成了內部破壞，降低了其結構強度。

2 測試方法

2.1 強度測試（抗壓強度實驗）

將養(yǎng)護好的三種不同強度的火山灰混凝土對照組直接放入壓力試驗機，進行抗壓實驗，記錄破壞前最大抗壓強度值。實驗組先進行溶液侵蝕浸泡，之后進行抗壓實驗。實驗過程：在壓力逐漸增大時，試件出現(xiàn)細小的裂紋，當壓力增大到一定值時，試件形成大貫穿裂縫，最終試件被破壞。觀察混凝土碎塊并記錄試件內部情況，便于實驗結果的分析。

3 數據分析

通過對實驗數據的整理，研究與討論后,針對實驗前提出的兩個問題，即：1.制成的混凝土能否在特殊環(huán)境下使用？2.不同等級的火山灰水泥抵抗腐蝕的能力有何區(qū)別？進行解答。

在整理數據后，得到了不同強度等級侵蝕前后強度對比圖如下：

圖1 混凝土侵蝕前后強度對比圖

圖2 混凝土侵蝕前后強度對比圖

圖3 混凝土侵蝕前后強度對比圖

從對比圖可以清楚的反映出不同強度等級的火山灰水泥抵抗腐蝕的能力。

即抗腐蝕能力從大到小為：C45>C35>C25。

圖4 不同強度混凝土抗壓變化差值

通過對不同強度火山灰混凝土的侵蝕后，其強度差值變化如下圖所示。

從上圖分析得出，C45 級混凝土相較于其他兩種級別的混凝土抗壓強度變化更穩(wěn)定，并且在經過腐蝕后，仍能呈現(xiàn)出不錯的抗壓能力。而C25 級混凝土抗壓強度波動較大，說明在經過溶液侵蝕后，內外部均受到腐蝕，導致強度降低。

4 結論

本文通過侵蝕不同級配的火山灰混凝土并進行抗壓強度試驗，從數據中分析得出：制成的火山灰混凝土強度如果低于C35 級，在特殊環(huán)境下極容易遭到腐蝕，內部進而被破壞，不推薦在特殊環(huán)境下使用。強度高于C35 級的火山灰混凝土，由于自身強度高，則抗腐蝕能力較好，內部受到的破壞也較小，在特殊環(huán)境下能長時間保持良好性能。

在對摻有火山灰水泥的混凝土進行實驗之后，從宏觀角度分析，在不同的環(huán)境中，不同級配下的火山灰混凝土所呈現(xiàn)出的強度變化不同，火山灰混凝土在酸性環(huán)境下遭到破壞的程度是明顯大于在堿性環(huán)境的。對于此類物理特性，可以將火山灰運用在筑路工程[4]，因其摻有火山灰水泥，抗壓強度遠高于普通混凝土。從火山灰水泥材料本身來說，也更符合當今社會要求的綠色長遠發(fā)展戰(zhàn)略[5]。在一些水利工程、港口、還有一些防護工程的建造中均可采用火山灰水泥，介于有優(yōu)越于普通混凝土的化學物理性質使得火山灰混凝土在未來的各方面運用更加寬廣。