鄢為星

（江西鴻溢水利工程有限公司，南昌 330000）

0 引 言

硫酸鹽侵蝕是對混凝土危害最大的環(huán)境侵蝕，它滲入混凝土內(nèi)部，使混凝土膨脹、開裂、剝落，如何防止混凝土受硫酸鹽侵蝕破壞。針對此問題，學(xué)者們進(jìn)行了多方面研究，甘磊等對硫酸鹽溶液干濕循環(huán)作用下玄武巖纖維混凝土強(qiáng)度演化模型進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：在混凝土中適量摻入玄武巖纖維，可有效減緩渡槽受硫酸鹽溶液干濕循環(huán)侵蝕的劣化進(jìn)程；謝金東等對短切玄武巖纖維混凝土力學(xué)性能試驗進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：混凝土摻入適量的纖維，可提升混凝土的力學(xué)性能，過多摻入纖維能減小混凝土的力學(xué)性能；黃星通過對普通混凝土摻入玄武巖纖維的方式，在酸性環(huán)境下研究了混凝土的抗壓強(qiáng)度，研究結(jié)果表明：普通混凝土中摻入0.2%的玄武巖纖維，可提升混凝土在酸性環(huán)境下的抗壓強(qiáng)度和耐腐蝕性；王振山等通過耐腐蝕性能及力學(xué)性能試驗，對玄武巖纖維混凝土進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：適量摻入玄武巖纖維能有效提高混凝土的抗裂性能,增加混凝土的耐腐蝕性；龐建勇等通過抗硫酸鹽侵蝕試驗，對玄武巖纖維混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：隨著侵蝕齡期的增加，侵蝕作用對混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度有較大影響[1-5]。

根據(jù)以上學(xué)者對玄武巖纖維混凝土的研究，文章總結(jié)了玄武巖纖維混凝土的耐腐蝕性和抗壓強(qiáng)度性能。通過硫酸鈉溶液模擬鹽堿環(huán)境，對摻入了不同玄武巖纖維的混凝土，進(jìn)行耐腐蝕和抗壓強(qiáng)度試驗，分析纖維混凝土的孔隙率變化、溶液中硫酸根離子濃度及混凝土的抗壓強(qiáng)度。

1 項目緣由

為推動鹽堿地綜合開發(fā)，需在鹽堿地內(nèi)修建水工建筑物。因地處鹽堿地區(qū)，對混凝土的耐腐蝕性和力學(xué)性能有較高的要求。對此文章制備了不同玄武巖纖維摻量混凝土，在硫酸鈉溶液環(huán)境下模擬混凝土侵蝕試驗，分析了混凝土的耐腐蝕性及抗壓性能。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

本次試驗以不摻玄武巖纖維的混凝土為基準(zhǔn)混凝土，制作基準(zhǔn)混凝土的材料為水泥、細(xì)骨料、粗骨料、水和減水劑。水泥為P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料為優(yōu)質(zhì)河砂，細(xì)度模數(shù)為27，粒徑為0.25～0.5mm，粗骨料為花崗巖碎石，粒徑為5～18mm，混凝土攪拌用水為生活用水，減水劑采用萘系減水劑?；鶞?zhǔn)混凝土的配合比如表1 所示。

表1 基準(zhǔn)混凝土配合比 kg/m3

文章設(shè)計5 種不同玄武巖纖維摻量的混凝土進(jìn)行試驗，纖維的物理性能如表2 所示。混凝土中玄武巖纖維摻量分別為0%，0.06%，0.12%，0.18%，0.30%。

表2 玄武巖纖維物理性能

2.2 試驗方法

制備完成的混凝土試塊為立方體，尺寸長×寬×高分別為150mm×150mm×150mm。將混凝土試塊分為6 組，每組5 個，分別為不同玄武巖纖維摻量的混凝土試塊。將制備完成的混凝土試塊放入溫度為20±2℃，濕度不低于95%的養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間≥28d，養(yǎng)護(hù)完所后，再對混凝土試塊進(jìn)行檢測，然后取檢測合格的混凝土試塊進(jìn)行試驗。將試塊分成兩組，一組放入水中，一組放入5%的硫酸鈉溶液中，將混凝土放在水中和溶液中浸泡0d、35d、70d、100d 時，觀察混凝土的腐蝕情況，并分別測量各混凝土試塊的吸水率、被腐蝕后的孔隙率以及溶液中存在的硫酸根離子的濃度，同時對混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗，并記錄試驗數(shù)據(jù)。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 混凝土的孔隙分析

在試驗過程中，在規(guī)定的時間內(nèi)對水和硫酸鈉溶液中的混凝土試塊的吸水率進(jìn)行測量，并根據(jù)混凝土試塊的吸水率數(shù)據(jù)，分析混凝土試塊在水和硫酸鈉溶液中的侵蝕情況，當(dāng)混凝土試塊受到不同侵蝕時，混凝土的吸水率將出現(xiàn)不同變化。試驗測量了混凝土試塊在水和溶液中的飽和質(zhì)量，然后將飽和的混凝土取出烘干，再測量混凝土烘干后的質(zhì)量，通過以下公式可得混凝土的吸水率：

式中：wa為混凝土的吸水率，m1為混凝土飽和時的質(zhì)量，m2為混凝土干燥時的質(zhì)量。根據(jù)上述公式，在0d、35d、70d、100d 時對混凝土的孔隙率進(jìn)行測量，取3 組試驗的平均值作為試驗結(jié)果，以保證試驗精確度。對浸泡在硫酸鈉溶液中玄武巖纖維混凝土進(jìn)行孔隙率測量，其測量數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 硫酸鈉溶液中混凝土孔隙率 %

由表3 可知，普通混凝土的初始孔隙率為0.052%，在硫酸鈉溶液中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率為0.067%，相較初始孔隙率增加了28.8%；將0.06%的玄武巖纖維摻入混凝土中，其初始孔隙率為0.05%，在硫酸鈉溶液中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率為0.061%，相較初始孔隙率增加了22%；將0.12%的玄武巖纖維摻入混凝土中，其初始孔隙率為0.048%，在硫酸鈉溶液中浸泡100d后，混凝土的孔隙率為0.055%，相較初始孔隙率增加了14.6%；將0.30%的玄武巖纖維摻入混凝土中，其初始孔隙率為0.052%，在硫酸鈉溶液中浸泡100d 后，其孔隙率增加了34.6%。由此可知，當(dāng)混凝土摻入0.12%的玄武巖纖維后，在硫酸鈉溶液中的孔隙率最小，其被腐蝕破壞的程度越小。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，不同玄武巖纖維摻量混凝土在水中浸泡各時間點(diǎn)的孔隙率如表4 所示。

由表4 可知，普通混凝土的初始孔隙率為0.051%，在水中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率為0.056%，相較初始孔隙率增加了9.8%；將0.12%的玄武巖纖維摻入混凝土中，其初始孔隙率為0.047%，在水中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率為0.051%，相較初始孔隙率增加了8.5%；將0.3%的玄武巖纖維摻入混凝土中，其初始孔隙率為0.054%，在水中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率為0.06%，相較初始孔隙率增加了11.1%。對比表3 混凝土在硫酸鈉溶液中浸泡各時間點(diǎn)的孔隙率，浸泡在水中的孔隙率明顯小于浸泡在硫酸鈉溶液中孔隙率，隨著浸泡時間的增加，混凝土在水中浸泡的孔隙率隨著纖維摻量的增加，先增大再減小。玄武巖纖維摻量為0.12%的混凝土，在水中的孔隙率最小，其被腐蝕破壞的程度越小。

隨著硫酸鈉溶液浸泡時間增加，溶液中的玄武巖纖維混凝土孔隙率，均先減小再快速增大。纖維摻量為0.12%的混凝土在各時間點(diǎn)的孔隙率最小，纖維摻量為0.30%的混凝土在各時間點(diǎn)的孔隙率最大。在浸泡35d 后，普通混凝土與纖維摻量為0.12%的混凝土，其孔隙率變化基本一致。在0～100d 階段，纖維摻量為0.12%的混凝土孔隙率最小，纖維摻量為0.30%的混凝土的孔隙率最大。

隨著時間的增加，因浸泡在硫酸鈉溶液中的混凝土，受到鹽堿的腐蝕，在混凝土被腐蝕后，因腐蝕產(chǎn)生的微小物質(zhì)充滿了混凝土存在的細(xì)小孔隙，混凝土內(nèi)部被填充后，原本松散的結(jié)構(gòu)變得結(jié)實。但隨著時間的增加，混凝土腐蝕后的產(chǎn)物逐漸增多，混凝土內(nèi)部的孔隙開膨脹，達(dá)到一定程度后，混凝土開始產(chǎn)生裂縫，腐蝕后的產(chǎn)物越多，混凝土破壞越嚴(yán)重。

混凝土中摻入0.12%的纖維后，在硫酸鈉溶液中和在水中浸泡的孔隙率，在0～35d 階段，纖維摻量為0.12%的混凝土，在硫酸鈉溶液中的孔隙率和在水中的孔隙率基本一致，在35～100d 階段，硫酸鈉溶液中的孔隙率較在水中的孔隙率快速增大。因混凝土在硫酸鈉溶液中腐蝕的產(chǎn)物逐漸增多，其內(nèi)部的孔隙也逐漸被填充，達(dá)到一定程度，混凝土因腐蝕產(chǎn)物膨脹而逐漸被破壞[6-7]。

3.2 硫酸根離子濃度分析

將浸泡在硫酸鈉溶液中100d 的不同纖維含量玄武巖纖維混凝土進(jìn)行切片，研碎后放入純凈水中，測量其硫酸根離子濃度。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，混凝土的切片越厚，溶液中硫酸根離子的濃度越低，其中摻入了0.12%玄武巖纖維混凝土的硫酸根離子濃度變化最小，離子滲度速率最低，抗腐蝕性能力最強(qiáng)。玄武巖纖維摻量為0.30%的混凝土，硫酸根離子濃度變化最大，離子滲度速率最高，受腐蝕的情況越明顯。由此可知，混凝土適當(dāng)?shù)膿饺胄鋷r纖維，能有效的增強(qiáng)混凝土的耐腐蝕性能。

3.3 混凝土的抗壓強(qiáng)度

對浸泡在硫酸鈉溶液中和水中100d 的玄武巖纖維混凝土進(jìn)行抗壓試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，

當(dāng)玄武巖纖維混凝土在硫酸鈉溶液中浸泡100d 后，隨著纖維摻量的增大，混凝土的極限承載力先增大再減小。其中纖維摻量為0.12%的混凝土承載力最大，最大值為500kN。纖維摻量為0.30%的混凝土承載力最小，最小值為360kN。由此可知，摻入了適量玄武巖纖維的混凝土，其抗壓強(qiáng)度較普通混凝土大。

在相同纖維摻量條件下，在水中浸泡的混凝土其抗壓強(qiáng)度均大于在硫酸鈉溶液中浸泡的混凝土，在相同溶液環(huán)境中，纖維摻量為0.12%的混凝土承載力最大，相較于纖維摻量為0%的混凝土，其承載力提高了17%～25%。由此可知，摻入了適量玄武巖纖維的混凝土，其抗壓強(qiáng)度較普通混凝土大。

4 結(jié) 論

文章對摻入了武巖纖維的混凝土進(jìn)行了耐腐蝕試驗及抗壓強(qiáng)度試驗，分析纖維混凝土的孔隙率變化、溶液中硫酸根離子濃度及混凝土的抗壓強(qiáng)度，得到如下結(jié)論：

1）隨著時間的增加，硫酸鈉溶液和水中不同玄武巖纖維摻量的混凝土，孔隙率均先減小再增大。相同溶液環(huán)境條件下，纖維摻量為0.12%的混凝土的孔隙率最小，纖維摻量為0.30%的混凝土的孔隙率最大。

2）當(dāng)混凝土切片厚度增大時，硫酸鈉溶液中硫酸根離子濃度逐漸降低。其中0.12%纖維摻量混凝土的硫酸根離子濃度變化最小，摻量為0.30%的纖維混凝土，硫酸根離子濃度變化最大?；炷吝m當(dāng)摻入玄武巖纖維，能提高混凝土的耐腐蝕性能。

3）相同纖維摻量條件下，水中浸泡的混凝土抗壓強(qiáng)度均大于在硫酸鈉溶液中浸泡的混凝土，相同溶液環(huán)境中，纖維摻量為0.12%的混凝土承載力最大，纖維摻量為0.30%的混凝土承載力最小。