不同酸性環(huán)境下玄武巖纖維混凝土抗壓強(qiáng)度的變化

黃 星

（遵義市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563000）

我國(guó)現(xiàn)有水庫(kù)9.8萬(wàn)多座，是世界上水庫(kù)大壩最多的國(guó)家，這些水庫(kù)在生活中承擔(dān)著防洪治澇的艱巨任務(wù)[1]。我國(guó)在建和擬建的水庫(kù)大壩大多處于氣候、環(huán)境較為復(fù)雜的地區(qū)，技術(shù)難度和施工難度較大，并且水利水電工程建筑物在運(yùn)行過(guò)程中常受到水壓力、凍融循環(huán)以及干濕循環(huán)等作用，給水工建筑物帶來(lái)了巨大的壓力，造成水工建筑物滲漏、老化、溶蝕破壞及腐蝕等問(wèn)題[2]，這些外部條件的作用都會(huì)影響混凝土的耐久性，造成混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，最終水庫(kù)將發(fā)展成為病險(xiǎn)水庫(kù)。對(duì)于如何提高混凝土的物理力學(xué)性能和抗侵蝕耐久性，已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注?；诖?，筆者通過(guò)在傳統(tǒng)混凝土中摻入玄武巖纖維，其配比分別為0%、0.1%、0.2%、0.3%，用以分析添加玄武巖纖維后的混凝土物理力學(xué)性能和抗侵蝕耐久性能的提升效果。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用到的材料主要有水泥、粗骨料、細(xì)骨料、水、摻合料以及玄武巖纖維[3]。

1.2 混凝土配合比

本試驗(yàn)根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2011）和《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DB37/T 5150—2019）進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。本次試驗(yàn)混凝土配合比設(shè)計(jì)如表1所示。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用三種工況，研究不同侵蝕環(huán)境下，玄武巖纖維混凝土抗壓強(qiáng)度的變化。

工況一：硫酸鹽長(zhǎng)期浸泡環(huán)境[4]，將配制好的5%硫酸鈉溶液倒入玄武巖混凝土試驗(yàn)箱內(nèi)，溶液的液面高度需高于混凝土試件20 mm，調(diào)整溶液pH值為7~8。試驗(yàn)時(shí)間持續(xù)56 d，做了7組抗壓試驗(yàn)。

工況二：硫酸鹽與氯鹽長(zhǎng)期浸泡環(huán)境，將配置好的10%氯鹽與5%硫酸鈉復(fù)合溶液倒入玄武巖混凝土試驗(yàn)箱，溶液的液面高度需高于混凝土試件20 mm，調(diào)整溶液pH值為7~8。試驗(yàn)時(shí)間持續(xù)56 d，做了7組抗壓試驗(yàn)。

工況三：干濕循環(huán)-硫酸鹽與氯鹽長(zhǎng)期浸泡環(huán)境[5-6]，試驗(yàn)在干濕循環(huán)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，試驗(yàn)溫度為25℃~30 ℃，試驗(yàn)每24 h為一次循環(huán)試驗(yàn)。溶液的液面高度需高于混凝土試件20 mm，調(diào)整溶液pH值為7~8，試件風(fēng)干2 h、烘干6 h、制冷1 h，本次試驗(yàn)采用固定干濕比1∶2，干濕周期為15 d和30 d，采用人工方式進(jìn)行。

1.4 極限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的變化

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）中的規(guī)定[7-8]，試驗(yàn)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式如下所示：

式中，fcc為混凝土立方體試件的抗壓強(qiáng)度，MPa；F為混凝土試件破壞時(shí)荷載，N；A為混凝土試件的受壓面積，m2。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 硫酸鹽自然浸泡對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

硫酸鹽自然浸泡下混凝土抗壓強(qiáng)度與浸泡時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。由圖可知，不同玄武巖纖維配比的混凝土在侵蝕后，強(qiáng)度隨著侵蝕時(shí)間的持續(xù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，這是因?yàn)榱蛩猁}侵蝕初期在混凝土內(nèi)部與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)物通過(guò)膨脹的形式，不斷地充滿混凝土中的空隙，使得混凝土變得更加密實(shí)，這就導(dǎo)致了混凝土在侵蝕初期，強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的持續(xù)而不斷地上升，但隨著侵蝕時(shí)間的不斷變長(zhǎng)，反應(yīng)物的膨脹力也使得混凝土黏結(jié)性發(fā)生劣化[9-10]；在相同侵蝕時(shí)間時(shí)，摻入玄武巖纖維的混凝土試件抗壓強(qiáng)度明顯大于未摻入玄武巖纖維的試件抗壓強(qiáng)度，同時(shí)摻入玄武巖纖維的混凝土試件抗壓強(qiáng)度在侵蝕19 d后開始下降，而未摻入玄武巖纖維的混凝土試件在侵蝕9 d后抗壓強(qiáng)度就開始下降，這表明玄武巖纖維一定程度上可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，適量的玄武巖纖維摻入可以提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。由于自然侵蝕試驗(yàn)為期兩個(gè)月，所以混凝土試件在侵蝕過(guò)程中強(qiáng)度變化幅度較為緩慢。雖然摻入0.1%玄武巖纖維的混凝土在19 d時(shí)抗壓強(qiáng)度最大，但其抗壓強(qiáng)度下降速率比摻入0.2%玄武巖纖維的混凝土快，從中可以得出，摻入0.2%玄武巖纖維的混凝土整體抗壓性較強(qiáng)，穩(wěn)定性最佳。

圖1 硫酸鹽自然浸泡下混凝土抗壓強(qiáng)度與浸泡時(shí)間的關(guān)系

2.2 硫酸鹽-氯鹽自然浸泡下抗壓強(qiáng)度的變化

硫酸鹽-氯鹽自然浸泡下混凝土抗壓強(qiáng)度與浸泡時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。由圖可知，硫酸鹽-氯鹽自然浸泡下，混凝土試件抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，侵蝕初期時(shí)氯鹽-硫酸鹽侵蝕下抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)慢于單硫酸鹽侵蝕環(huán)境。當(dāng)摻入0%、0.1%、0.2%、0.3%玄武巖纖維的混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)，抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了24.00%、18.87%、20.28%、21.03%；但隨著侵蝕時(shí)間的增加，內(nèi)部侵蝕產(chǎn)物增加，孔隙和裂縫擴(kuò)張，使得混凝土的抗壓強(qiáng)度降低。氯鹽-硫酸鹽對(duì)混凝土的破壞更為嚴(yán)重，混凝土力學(xué)性能下降快于單硫酸鹽環(huán)境，在侵蝕56 d后，其抗壓強(qiáng)度只分別增長(zhǎng)了2.55%、4.68%、8.30%、3.01%，摻入0.2%玄武巖纖維的混凝土在整個(gè)試驗(yàn)階段抗壓強(qiáng)度均大于其余混凝土，說(shuō)明摻入0.2%玄武巖纖維的混凝土在硫酸鹽-氯鹽的自然浸泡環(huán)境下穩(wěn)定性最佳。

圖2 硫酸鹽-氯鹽自然浸泡下混凝土抗壓強(qiáng)度與浸泡時(shí)間的關(guān)系

2.3 干濕循環(huán)-硫酸鹽-氯鹽共同侵蝕下抗壓強(qiáng)度的變化

干濕循環(huán)-硫酸鹽-氯鹽侵蝕下混凝土抗壓強(qiáng)度與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系如圖3所示。由圖可知，干濕循環(huán)下硫酸鹽-氯鹽侵蝕混凝土后，不同摻量玄武巖纖維的混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，且降低幅度高于自然浸泡環(huán)境。當(dāng)混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)，對(duì)比初始值，強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了20.92%、14.94%、10.13%、16.98%，之后抗壓強(qiáng)度快速降低；干濕循環(huán)加速了離子與水泥水化產(chǎn)物的反應(yīng)，同時(shí)不斷的干濕交替，使得鹽結(jié)晶析出在混凝土內(nèi)部不斷發(fā)生，雙重作用下，混凝土被破壞，膠凝材料黏結(jié)性也被破壞，抗壓強(qiáng)度開始降低。當(dāng)干濕循環(huán)達(dá)到47次時(shí)，不同摻量玄武巖纖維的混凝土試件抗壓強(qiáng)度都低于初始抗壓強(qiáng)度，分別損失了23.85%、12.95%、11.64%、14.18%，最終造成了混凝土的抗壓強(qiáng)度呈負(fù)增長(zhǎng)的情況。

圖3 干濕循環(huán)-硫酸鹽-氯鹽共同侵蝕下混凝土抗壓強(qiáng)度與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

3 結(jié)論

摻入玄武巖纖維提高了混凝土試件的抗壓強(qiáng)度和抗硫酸鹽侵蝕性能，其中0.2%摻入量對(duì)其提升最大，其次是0.1%摻入量，最后是0.3%摻入量；在侵蝕初期時(shí)，摻入玄武巖纖維的混凝土試件抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率高于基準(zhǔn)混凝土；在侵蝕后期，摻入玄武巖纖維的混凝土試件抗壓強(qiáng)度降低幅度都小于空白對(duì)照混凝土試件。干濕循環(huán)下硫酸鹽-氯鹽侵蝕環(huán)境中，對(duì)混凝土的破壞最為強(qiáng)烈。根據(jù)試驗(yàn)成果，推薦在混凝土中摻入0.2%玄武巖纖維增強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗腐蝕能力。