粉煤灰摻量對聚丙烯纖維混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能試驗研究

牛欣欣

摘 ?????要：為了研究粉煤灰摻量對聚丙烯纖維混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響，采用摻量為0%，15%和30%的粉煤灰代替水泥材料，并設定1、2、3、4、5個月對混凝土進行侵蝕;采用TYE-2000型試驗機研究了硫酸鹽自然浸泡和干濕循環(huán)侵蝕環(huán)境下聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度的變化規(guī)律。最終得出當粉煤灰的最佳摻量為15%綜合性能最優(yōu)，進而為工程實踐提供了數(shù)據參考。

關 ?鍵 ?詞：聚丙烯纖維混凝土;粉煤灰;力學性能;自然浸泡侵蝕環(huán)境;干濕循環(huán)侵蝕環(huán)境

中圖分類號：TQ 016.5 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）04-0751-03

Abstract： In order to study the effect of fly ash content on the sulfate-resisting performance of polypropylene fiber concrete， the fly ash with 0%， 15% or 30% was used to substitute cement material， and the concrete was eroded for 1month， 2 months， 3 months， 4 months or 5 months. The compressive strength and splitting tensile strength of polypropylene fiber reinforced concrete under natural immersion and wet-dry cycle erosion were studied by TYE-2000-type tester. The results showed that when the optimum content of fly ash was 15%， the comprehensive performance of polypropylene fiber reinforced concrete was the best.

Key words： Polypropylene fiber concrete;Fly ash; Mechanical properties;Natural immersion erosion environment;Wet and dry cycle erosion environment

混凝土是生產制造中不可缺少的一種材料，具有原料豐富，價格低廉，生產工藝簡單的特點[1]。但是目前的研究表明，混凝土的耐腐蝕性并不能很好的滿足當前的建造需求，當遭到硫酸鹽等腐蝕時會降低其強度，影響建筑質量。

粉煤灰屬于火山灰質材料，本身膠凝性能較差，但是在常溫下有水存在時，粉煤灰可以與混凝土中物質的進行二次反應，生成難溶于水的水化硅酸鈣凝膠，這樣不僅降低了溶出的可能，也填充了混凝土內部的孔隙，對混凝土強度和抗?jié)B性都有提高作用。隨著粉煤灰等固體廢棄物的回收利用技術的不斷成熟，發(fā)現(xiàn)在混凝土中加入一定量的粉煤灰可以避免強度降低情況的發(fā)生[2]。目前的研究工作主要聚集于摻入粉煤灰之后的混凝土的正常環(huán)境下的強度進行分析，但是在工程上混凝土會遭到環(huán)境腐蝕，因此對于腐蝕環(huán)境下的混凝土力學性能的研究至關重要。

從環(huán)境和效益角度而言，粉煤灰的回收利用符合工業(yè)發(fā)展需求，能夠大量減少固體廢棄物的堆放量，達到節(jié)約能源、保護環(huán)境的目的。粉煤灰的綜合利用，已成為我國經濟建設中一項重要的技術經濟政策及解決我國電力生產環(huán)境污染、資源缺乏之間矛盾的重要手段。同時對于粉煤灰混凝土的開發(fā)利用不僅能夠產生非常可觀的經濟和社會效益，而且符合當前中國可持續(xù)發(fā)展的理念[2]。

1 ?試驗材料

1.1 ?聚丙烯纖維

聚丙烯纖維體積率水平：1 kg/m3，長度為12 mm。摻加聚丙烯纖維可以阻止和延緩裂縫的擴展，具體的物理參數(shù)[3]如表1所示。

1.2 ?粉煤灰

摻雜粉煤灰的目的是降低腐蝕前期造成的水化熱，防止因為水化熱過高而造成強度降低的情況。粉煤灰在混凝土的抗硫酸鹽性方面起到了至關重要的作用，并能增強自身強度[4]。粉煤灰是硅、鋁以及其他元素的燃燒產物，呈細灰狀。具體的技術指標見表2[5]。

2 ?試驗方法設計

實驗目的是為了探索當混凝土中聚丙烯纖維含量為1 kg/m3時的聚丙烯纖維混凝土基本力學性能。設定的實驗組為：

粉煤灰摻量：0%、15%以及30%;

侵蝕條件：自然浸泡和干濕循環(huán)浸泡;

侵蝕時間：1、2、3、4、5個月。

實驗內容主要分為以下兩個方面[6]：

基礎力學性能實驗：包括自然侵蝕條件下的試件的抗壓強度和劈裂抗拉強度。

壓力試驗：硫酸鹽干濕循環(huán)環(huán)境下侵蝕粉煤灰混凝土，測定不同試件的的抗壓強度。

3 ?試驗結果和分析

3.1 ?抗壓強度試驗

通過TYE-2000測試儀，對試件進行抗壓實驗。試驗機的主要參數(shù)[7]如表4所示。

由于機器量程單位為kN，因此需要根據實驗結果對抗壓強度進行換算，具體的換算公式為：

由圖1可得，隨著浸蝕時間的增加，試件的抗壓強度逐漸下降。在自然浸泡硫酸鹽侵蝕條件下，整體侵蝕過程中存在最佳的粉煤灰的摻量：當粉煤灰摻量為15%時，試件的強度明顯的大于0%和30%時的抗壓強度;粉煤灰摻量為30%時，聚丙烯纖維混凝土試件也比未摻加粉煤灰的試件強度大。從曲線的走向來說，浸泡時間和抗壓強度來說整體呈下降趨勢，因此在現(xiàn)場工程來說，應該避免混凝土的腐蝕。

3.1.2 ?干濕循環(huán)侵蝕環(huán)境下試驗結果及分析

從圖2可以看出，隨著侵蝕循環(huán)時間的不斷增加，試件的抗壓強度逐漸下降。當粉煤灰含量為15%時，聚丙烯纖維混凝土試件的強度大于其他兩種試件;當粉煤灰含量為30%時，聚丙烯纖維混凝土試樣與無粉煤灰的試樣相比也較強。因此，含粉煤灰的聚丙烯纖維混凝土試樣比摻入加粉煤灰的試樣更能抵抗硫酸鹽侵蝕。當粉煤灰含量達到15%時效果最佳。

加入適量的粉煤灰可以使其在混凝土試樣內均勻擴散，提高混合物的可加工性和抗裂性，以承受更大的外部載荷[9]。同樣也可將適量的粉煤灰添加到聚丙烯纖維混凝土樣品中以減少混凝土中的水泥用量，使聚丙烯纖維混凝土試件的耐硫酸鹽性得到改善，耐久性持續(xù)增強。

綜合考慮，當處于硫酸鹽濕干循環(huán)侵蝕條件中，粉煤灰最優(yōu)摻量為15%。此時混凝土試件的抗壓強度最大，經濟效益和社會效益明顯[10]。

3.2 ?劈裂抗拉強度試驗

對試件進行混凝土試件劈裂抗拉強度實驗，數(shù)據試驗結果如圖3所示。

從圖3可以得出：隨著浸泡時間的增加，三個試件的抗拉強度整體都呈下降趨勢，但是在粉煤灰摻量為0%時，沒有上升的趨勢;摻加粉煤灰的試樣先上升后降低，當侵蝕1個月時，劈裂抗拉強度達到最大，因此在實際工程中，可以考慮通過適量的腐蝕來達到增強抗拉強度的目的[11]。但是，摻加粉煤灰的試樣的劈裂抗拉強度始終大于未摻加的試件。

4 ?結 論

試驗過程以粉煤灰和硫酸鹽侵蝕時間的變化量為研究對象，對混凝土試件的抗壓強度和劈裂抗拉強度進行基本力學性能試驗，得出如下結論：

（1）硫酸鹽自然浸泡狀態(tài)下聚丙烯纖維混凝土的抗腐蝕性，其抗壓強度隨時間逐漸降低。粉煤灰摻量在15%時，抗壓/強度呈下降趨勢，但是相對于未摻加粉煤灰以及摻量在30%的混凝土試件的抗壓強度都較高。在后兩種情況下，粉煤灰含量為30%的混凝土試件具有較高的強度。

（2）聚丙烯纖維混凝土在硫酸鹽自然浸泡狀態(tài)下的抗侵蝕性能逐漸降低了劈裂抗拉強度隨時間的變化。粉煤灰摻量在15%時，劈裂抗拉強度仍舊呈下降趨勢，但是，劈裂抗拉強度高于未摻加粉煤灰和粉煤灰摻量為30%混凝土試件。

（3）聚丙烯纖維混凝土在干濕硫酸鹽狀態(tài)下的抗壓強度隨著時間的增加逐漸降低。粉煤灰摻量在15%時，抗壓強度也呈下降趨勢，然而，相對于未摻加粉煤灰以及摻量為30%的混凝土試件的抗壓強度仍舊較高。

（4）結合自然浸泡侵蝕，干循環(huán)侵蝕試驗過程，試件的基本力學性能受到硫酸鹽侵蝕時會減弱。將粉煤灰添加到聚丙烯纖維混凝土試樣中將改善其抗侵蝕性能。試樣的力學性能處于最佳狀態(tài)，因此15%的粉煤灰含量是最佳的劑量。

參考文獻：

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