摘 要：針對普通混凝土材料存在耐鹽蝕和耐干濕循環(huán)性能差的問題，提出用聚乙烯醇纖維對混凝土進行改性。研究了聚乙烯醇纖維對混凝土影響機理，并以抗壓強度和耐鹽蝕為指標，對聚乙烯醇摻量進行優(yōu)化。試驗結(jié)果表明，聚乙烯醇混凝土早期強度有一定下降，后期強度明顯增加。當聚乙烯醇摻量為0.2%時，混凝土綜合性能最高。在此條件下，混凝土7 d抗壓強度為34.5 MPa；28 d抗壓強度為47.5 MPa；經(jīng)過實驗室清水和基礎鹽溶液浸泡干濕循環(huán)處理和室外鹽漬土地掩埋處理，相對質(zhì)量和相對動彈模量較為穩(wěn)定，表現(xiàn)出較好的耐鹽蝕性能。

關鍵詞：耐鹽蝕混凝土； 聚乙烯醇；纖維混凝土；相對質(zhì)量變化

中圖分類號：TQ342+.61

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）11-0145-04

Preparation and durability test of polyvinyl alcohol fiber modified concrete

XIN Zhaodong

（Institute of Chinese Peoples Armed Police Force，Beijing 100020

）

Abstract：In view of the poor salt corrosion resistance and dry wet cycle resistance of ordinary concrete materials，the concrete was modified with polyvinyl alcohol fiber.The influence mechanism of polyvinyl alcohol fiber on concrete was studied，and the polyvinyl alcohol content was optimized based on the compressive strength and salt corrosion resistance.The test results showed that the strength of polyvinyl alcohol fiber modified concrete decreased in the early stage and increased obviously in the later stage.When the polyvinyl alcohol content was 0.2%，the rcompressive strength of concretewas the best.Under these conditions，the 7 d and 28 d compressive strength of concrete were34.5 MPa and 47.5 MPa respectively;After soaking in laboratory water and basic salt solution，the relative mass and relative dynamic modulus were stable and the salt corrosion resistance was good.

Key words：salt corrosion resistant concrete;polyvinyl alcohol;fiber concrete;relative mass change

混凝土是目前最常用的鋪裝材料。但普通混凝土作為公路建材，在一些特殊地域使用時，受鹽蝕和干濕循環(huán)的影響，易出現(xiàn)開裂、脫塊的現(xiàn)象，造成極大的安全隱患。增強鹽漬地區(qū)混凝土路面的耐性是目前亟待解決的問題，對此，部分學者也進行了很多研究。如針對鹽漬混凝土耐久性的問題，提出多種防護措施對混凝土進行處理［1］；通過聚乙烯醇纖維對混凝土進行改性［2］;研究了纖維對混凝土力學性能的增強效果［3-4］。以上學者的研究表明，纖維對混凝土的耐久性和力學性均明顯高于普通混凝土，但纖維摻量還有優(yōu)化空間。基于此，在文獻［5］的試驗基礎上，對聚乙烯醇纖維耐鹽蝕混凝土配比進行優(yōu)化。

1 試驗部分

1.1 材料與設備

主要材料：P·O42.5水泥，康輝耐材；砂子（II級），西旺礦產(chǎn);減水劑（AR）， 清海化工；粉煤灰（II級），麗輝礦產(chǎn)；聚乙烯醇纖維（AR）， 路克材料；卵石（I級），馳霖礦產(chǎn)。

主要設備：HZJ-A型混凝土振動臺（大宏儀器）；JS500型混凝土攪拌機（建新機械）；YAW-200T型壓力試驗機（普業(yè)機電）；DT-20型動彈性模量測定儀（海盛世慧）。

1.2 試驗方法

（1）提前對混凝土攪拌機進行清洗，然后對攪拌機進行掛漿處理；

（2）根據(jù)配合比，依次將粗細骨料、水泥和粉煤灰干拌60 s，待物料充分混合，在攪拌的狀態(tài)下均勻撒入聚乙烯醇纖維，繼續(xù)加拌60 s；

（3）將混有減水劑的水放入攪拌機中充分攪拌；

（4）將纖維混凝土分2次倒入提前刷油的模具內(nèi)，第一次倒入混凝土后，將模具置于 HZJ-A型混凝土振動臺上振實，振動時間為15 s，然后將另一半混凝土倒入，繼續(xù)振實15 s；

（5）振動結(jié)束后將混凝土表面抹平，覆蓋保鮮膜后置于通風干燥環(huán)境靜置1 d。脫模后編號，標準養(yǎng)護至指定齡期。配合比見表1。

1.3 性能測試

1.3.1 抗壓強度測試

通過壓力試驗機對材料抗壓強度進行測試。

抗壓強度表達式：

f=F/A（1）

式中：f為抗壓強度，MPa；F為受壓荷載，kN；A為受壓面積，mm2。

1.3.2 動彈性模量測試

通過動彈性模量測定儀測試材料動彈性模量。

1.3.3 鹽蝕-干濕循環(huán)試驗

將尺寸為100 mm×100 mm×400 mm 的棱柱體豎直半浸泡在侵蝕溶液中，7 d后取出后在室外干燥環(huán)境中進行晾曬，晾曬時間為8 d。以此過程作為一個循環(huán)，對材料相對質(zhì)量變化和相對動彈量變化進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗壓強度

由圖1可知，混凝土內(nèi)部聚乙烯醇纖維用量增加，所有齡期混凝土抗壓強度均為V字變化。0.2%聚乙烯醇混凝土7 d和28 d 抗壓強度均明顯高于基準混凝土。隨纖維用量的增加，纖維在混凝土內(nèi)部均勻分散，在受外界荷載時，纖維與骨料協(xié)同受力，當能量傳遞到纖維上后，由于纖維高彈高模特點，對能量有一定的消耗作用，因此混凝土的抗壓強度有一定的提升［6-7］。繼續(xù)提升體系內(nèi)混凝土纖維摻量，混凝土抗壓強度反而有一定下降，這是因為過量纖維會在纖維內(nèi)部聚集，這就增加了混凝土內(nèi)部孔隙，影響了混凝土致密性，進而影響了混凝土抗壓強度［8-9］。

同時由圖1可知，3 d纖維混凝土抗壓強度均明顯低于基準混凝土，這說明纖維在養(yǎng)護早期對混凝土產(chǎn)生不良的影響。最佳纖維摻量條件下，混凝土7 d和28 d抗壓強度分別為34.5 MPa和47.5 MPa，較基準混凝土抗壓強度分別提高了6.2%和6.9%。

2.2 室內(nèi)鹽蝕-干濕循環(huán)試驗

2.2.1 相對質(zhì)量變化

混凝土作為建筑材料使用時，需要面對各種復雜的環(huán)境侵害，因此需要對材料耐鹽蝕-干濕循環(huán)性能進行測試，結(jié)果見圖2。

由圖2（a）可知，經(jīng)過清水浸泡后，四種試件的變化規(guī)律較為類似。這是因為經(jīng)過清水浸泡的試件相當于只受到干濕循環(huán)的影響。對比4種試件可知，雖然變化規(guī)律較為接近，但纖維摻量為0.2%的混凝土的相對質(zhì)量較高，且較為穩(wěn)定。由圖2（b）可知，經(jīng)過鹽溶液浸泡處理后，混凝土相對質(zhì)量波動較大，這就說明混凝土受到鹽溶液侵蝕后，混凝土質(zhì)量損失較為嚴重。但0.2%纖維混凝土始終維持較為穩(wěn)定的狀態(tài)，這就說明在鹽溶液浸泡侵蝕的條件下，0.2%纖維混凝土的質(zhì)量損失較小，表現(xiàn)出良好的耐鹽蝕-干濕循環(huán)性能。

2.2.2 相對動彈模量結(jié)果

圖3為混凝土試件相對動彈模量變化。

通過圖3（a）可知，在本試驗構(gòu)建的試驗環(huán)境下，纖維混凝土的動彈性模量始終高于基準混凝土。當浸泡時間較短，動彈性模量隨纖維摻量的增加而增加。

清水環(huán)境下，混凝土的動彈性模量波動較小。清水浸泡，混凝土試件只受干濕循環(huán)的影響。鹽溶液浸泡，循環(huán)次數(shù)較少時，鹽離子在試件表面附著，少部分進入試件內(nèi)部，增強了混凝土試件的密實性，進而提升了混凝土的動彈性模量。隨循環(huán)次數(shù)的增加，大量鹽離子進入體系內(nèi)部，產(chǎn)生物理和化學反應， 使混凝土動彈性模量變高［12-13］。同時，大量鹽離子進入混凝土內(nèi)部后，增加了反應物，當體系內(nèi)纖維摻量超過0.2%后，反應物過多，混凝土內(nèi)部的密實性反而被破壞，材料動彈性模量開始下降，這就造成了0.2%纖維混凝土和0.3%纖維混凝土在干濕循環(huán)后期，動彈性模量出現(xiàn)較大波動。但整體來說，0.2%纖維混凝土穩(wěn)定性更好，且波動不明顯，表現(xiàn)出較好的耐鹽蝕-干濕循環(huán)性能。

2.3 室外鹽蝕試驗

通過上述試驗結(jié)果驗證了纖維混凝土的抗壓強度和室內(nèi)耐鹽蝕干濕循環(huán)性能，但就混凝土的使用環(huán)境，還需進行室外鹽蝕試驗，以進一步驗證材料的耐久性［14-15］。因此，模擬室外公路環(huán)境，對上述制備的材料進行耐久性試驗。

2.3.1 相對質(zhì)量變化

室外相對質(zhì)量變化情況如圖4所示。

通過觀察圖4可知，所有試件隨放置時間的增加，相對質(zhì)量變化趨勢均為波浪形變化，纖維混凝土下降至150 d時出現(xiàn)拐點，開始緩慢的上升。而基準混凝土在180 d時，相對質(zhì)量才開始出現(xiàn)上升，在210 d時相對質(zhì)量開始下降。在所有試件中，0.3%纖維混凝土相對質(zhì)量損失變化較小，其次為0.2%纖維混凝土。這個變化說明了0.2%和0.3%纖維混凝土在外界空氣中質(zhì)量損失較少，具備較好的環(huán)境耐性。

2.3.2 相對動彈量分析

室外

動彈性模量變化情況如圖5所示。

由圖5可知，隨養(yǎng)護時間的增加，四種試件的動彈性模量均表現(xiàn)出先略微下降再快速上升的變化趨勢。養(yǎng)護時間為150 d前，混凝土動彈性模量損失基本保持一致，在養(yǎng)護后期，相對動彈性模量開始增加時，不同試件相對動彈性模量增加速率開始出現(xiàn)差別，270 d養(yǎng)護時間內(nèi)，相對動彈性模量差別較為明顯。摻0.2%纖維混凝土相對動彈性模量在養(yǎng)護前期快速下降，在150 d后又快速的上升，直至齡期超過270 d時，相對動彈性模量明顯高于基準混凝土。

同時對比圖5和圖3（b）可知，室內(nèi)試驗和室外試驗混凝土相對動彈性模量變化也有一定差別。出現(xiàn)這個變化的主要原因在于，室外試驗鹽離子濃度相對較小，鹽離子開始僅在試件周圍附著，侵蝕混凝土外表層結(jié)構(gòu)。隨反應的進行，混凝土周圍鹽離子堆積，鹽分對混凝土的侵蝕加速，這就導致了更多鹽離子進入混凝土內(nèi)部，與混凝土內(nèi)部水化產(chǎn)生反應，反應產(chǎn)物填充了混凝土內(nèi)部孔隙，增強了混凝土密實性，進而增強了混凝土相對動彈性模量。但反應時間的增加，混凝土內(nèi)部堆積了反應物，破壞了混凝土整體性，混凝土動彈性模量下降。0.2%纖維混凝土的動彈性模量損失較少， 表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能。

3 結(jié)語

（1）聚乙烯醇纖維影響混凝土早期強度，但可以增強混凝土后期強度。當聚乙烯醇摻量為0.2%時，對混凝土的增強效果最好，此時混凝土7 d抗壓強度為34.5 MPa，28 d抗壓強度為47.5 MPa;

（2）室內(nèi)鹽蝕-干濕循環(huán)試驗結(jié)果表明，聚乙烯醇纖維為0.2%的混凝土試件經(jīng)過清水和鹽蝕干濕循環(huán)后，相對質(zhì)量變化較少，動彈性模量變化幾乎較為穩(wěn)定，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和抗鹽蝕性能;

（3）室外鹽蝕土壤試驗結(jié)果表明，隨養(yǎng)護時間的增加，所有試件的相對質(zhì)量變化規(guī)律較為類似。0.2%纖維混凝土質(zhì)量損失較小，穩(wěn)定性良好。養(yǎng)護210 d后，0.2%纖維動彈性模量最高，表現(xiàn)出良好的耐鹽蝕性能。

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收稿日期：2023-06-10；修回日期：2023-09-21

作者簡介：辛照東（1983-），男，工程師，研究方向：土木工程與新材料應用;E-mail：xinzhaodong1983@126.com。

引文格式：辛照東.聚乙烯醇纖維改性混凝土的制備及耐久性試驗［J］.粘接，2023，50（11）：145-148.