聚丙烯纖維對(duì)海砂混凝土的耐久性試驗(yàn)研究

崔海軍

(揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225127)

隨著建筑行業(yè)的大力發(fā)展，部分地區(qū)出現(xiàn)了細(xì)骨料(細(xì)砂)等材料短缺現(xiàn)象，而海砂材料則儲(chǔ)量較多并且成本較低，不少研究者對(duì)海砂混凝土進(jìn)行了研究。漆貴海等[1]分析了近年來中國國內(nèi)在海砂混凝土研究方面取得的進(jìn)展和成果，指出了海砂混凝土研究中一些亟待解決的問題；施養(yǎng)杭等[2]揭示海砂對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的不良影響；黃華縣等[3]通過將河砂浸泡在氯化鈉溶液中來模擬海砂，測(cè)定其抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)；李雁等[4]采用五因素、四水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)高性能化海砂混凝土的配合比進(jìn)行了試驗(yàn)；蘇卿等[5]定量分析了河砂和海砂混凝土受氯鹽侵蝕后，氯離子在混凝土中的含量與分布；蔣真等[6]對(duì)海砂混凝土和淡化海砂混凝土進(jìn)行了加速碳化試驗(yàn)；冷發(fā)光等[7]對(duì)海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)的若干要點(diǎn)進(jìn)行了闡述；殷惠光等[8]通過對(duì)氯鹽侵蝕及長(zhǎng)期彎曲荷載協(xié)同作用下海砂混凝土梁的耐久性進(jìn)行了試驗(yàn)研究；卞立波等[9]通過海砂混凝土不同條件下力學(xué)性能和耐久性的測(cè)試，對(duì)海砂高強(qiáng)混凝土中的鋼筋銹蝕能力進(jìn)行了研究；劉偉等[10]通過硫酸鹽干濕循環(huán)試驗(yàn)，對(duì)比研究了采用不同砂配制的混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能；毛江鴻等[11]對(duì)海砂海水澆筑的鋼筋混凝土板進(jìn)行了雙向電滲試驗(yàn)；陳良輔等[12]探討了摻合料與耐蝕劑對(duì)于內(nèi)摻型富氯海砂混凝土的適用性與可行性；程琤等[13]得出30%～40%的海砂摻合比對(duì)泵送混凝土的和易性最優(yōu)；秦斌[14]得出海水和海砂中的鹽分以及海砂的砂質(zhì)等對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度基本沒有不良影響。

上述研究者通過對(duì)海砂混凝土進(jìn)行分析，得出了海砂材料中含有侵蝕性離子，會(huì)對(duì)混凝土的性能造成破壞等結(jié)果。因此為了提高海砂混凝土的性能，擴(kuò)展海砂混凝土的使用用途，在混凝土中摻入活性纖維也是可行措施之一。該文配制3種不同海砂含量的海砂混凝土，并在混凝土中摻入不同含量的聚丙烯纖維，來分析兩種變量對(duì)混凝土耐久性性能的影響，以便得到最佳配合比，為綠色環(huán)保混凝土的研發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥：采用山東某公司生產(chǎn)的P.O42.5R水泥，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 水泥化學(xué)組成 %

細(xì)砂：石家莊某公司生產(chǎn)；淡化海砂：重慶某公司生產(chǎn)；石：上海某公司生產(chǎn)；聚丙烯纖維：天津某生產(chǎn)；水：蒸餾水；根據(jù)上述基本原材料，對(duì)混凝土進(jìn)行配制，其中海砂的摻量分別為0%、50%和100%，聚丙烯纖維的摻量分別為0、0.5%、1%和2%，其配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)混凝土耐久性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，制備混凝土的標(biāo)準(zhǔn)試件，并將混凝土放在自然養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，環(huán)境溫度約為25 ℃，相對(duì)濕度在90%以上。養(yǎng)護(hù)后對(duì)混凝土進(jìn)行耐久性性能測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 電通量的變化

對(duì)不同海砂摻量和纖維摻量的混凝土試塊進(jìn)行抗氯離子侵蝕性測(cè)試，得到電通量的變化規(guī)律見圖1。

圖1 電通量的變化

從圖1可以看出：① 在纖維摻量一定的情況下，隨著海砂摻量的增加，混凝土的電通量也逐漸增加，并且增加速率隨著海砂摻量的增多而逐漸增加。這是因?yàn)楹Ｉ爸泻幸欢康穆入x子，而氯離子具有一定的腐蝕性，從而隨著海砂摻量的增加，混凝土電通量逐漸增加;② 當(dāng)海砂摻量一定時(shí)，隨著纖維摻量的增加，混凝土的電通量逐漸減小，其降低速率隨著纖維摻量的增多而呈逐漸減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)槔w維能夠填補(bǔ)混凝土空隙，并促進(jìn)水泥的火山灰反應(yīng)，降低混凝土的滲透系數(shù)。因此，纖維的摻入提高了抗氯離子侵蝕的能力，降低了混凝土的電通量；③ 對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：普通混凝土的電通量為634 C，則當(dāng)海砂摻量為50%時(shí)，需要在該混凝土中摻入1%的聚丙烯纖維來彌補(bǔ)海砂對(duì)混凝土的不利影響，此時(shí)混凝土的電通量為631 C；而當(dāng)海砂摻量為100%時(shí)，則需要更多的聚丙烯纖維來彌補(bǔ)海砂對(duì)混凝土的不利影響。從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的角度綜合考慮，建議選取海砂占比50%、纖維摻量1%的材料來制備環(huán)保型混凝土。

2.2 滲水高度的變化

對(duì)不同海砂摻量和纖維摻量的混凝土試塊進(jìn)行抗水滲透性性能測(cè)試，得到滲水高度的變化規(guī)律見圖2。

圖2 滲水高度的變化

從圖2可以看出：① 在纖維摻量一定的情況下，隨著海砂摻量的增加，混凝土的滲水高度逐漸增加，并且增加速率隨著海砂摻量的增多而逐漸增加。這是因?yàn)楹Ｉ爸械穆入x子具有較強(qiáng)的侵蝕性，與水泥中化學(xué)成分發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)氯化鹽化合物，從而降低混凝土的密實(shí)性，導(dǎo)致混凝土的空隙率增加，進(jìn)而抗?jié)B性能下降；② 當(dāng)海砂摻量一定時(shí)，隨著纖維摻量的增加，混凝土的滲水高度逐漸減小，其降低速率隨著纖維摻量的增多而呈逐漸減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)槔w維的比表面積相對(duì)于水泥、砂石等材料要小得多，因此纖維能夠填充混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗?jié)B性；③ 對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：普通混凝土的滲水高度為26 mm，則當(dāng)海砂摻量為50%時(shí)，需要在該混凝土中摻入1%的聚丙烯纖維來彌補(bǔ)海砂對(duì)混凝土的不利影響，此時(shí)混凝土的滲水高度為26 mm；而當(dāng)海砂摻量為100%時(shí)，則需要更多的聚丙烯纖維來彌補(bǔ)海砂對(duì)混凝土的不利影響。從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的角度綜合考慮，建議選取海砂占比50%、纖維摻量1%的材料來制備環(huán)保型混凝土。

2.3 碳化深度的變化

對(duì)不同海砂摻量和纖維摻量的混凝土試塊進(jìn)行抗碳化性性能測(cè)試，得到碳化深度的變化規(guī)律如圖3所示。

圖3 碳化深度的變化

從圖3可以看出：① 在纖維摻量一定的情況下，隨著海砂摻量的增加，混凝土的碳化深度也逐漸增加，并且增加速率隨著海砂摻量的增多而逐漸增加。這是因?yàn)楹Ｉ爸械穆入x子為活性離子，會(huì)對(duì)混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)造成腐蝕破壞，從而使得混凝土的抗碳化性能降低；② 當(dāng)海砂摻量一定時(shí)，隨著纖維摻量的增加，混凝土的碳化深度逐漸減小。這是因?yàn)槔w維能夠與水泥發(fā)生微集料復(fù)合效應(yīng)，改善了硬化漿體以及骨料-漿體過渡區(qū)的孔結(jié)構(gòu)，使得二氧化碳在纖維混凝土中的擴(kuò)散變慢，提高了混凝土的抗碳化性能；③ 對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：普通混凝土的碳化深度為18 mm，則當(dāng)海砂摻量為50%時(shí)，需要在該混凝土中摻入1%的聚丙烯纖維來彌補(bǔ)海砂對(duì)混凝土的不利影響，此時(shí)混凝土的碳化深度為18 mm；而當(dāng)海砂摻量為100%時(shí)，則需要更多的聚丙烯纖維來彌補(bǔ)海砂對(duì)混凝土的不利影響。從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的角度綜合考慮，建議選取海砂占比50%、纖維摻量1%的材料來制備環(huán)保型混凝土。

3 結(jié)論

該文以不同海砂比例、纖維摻量作為兩種變量，配制混凝土。并對(duì)混凝土進(jìn)行3種耐久性性能試驗(yàn)，得到了電通量、滲水高度和碳化深度與海砂比例、纖維摻量之間的相關(guān)關(guān)系，所得結(jié)論如下：

(1) 當(dāng)纖維摻量一定時(shí)，隨著海砂摻量的增加，混凝土耐久性性能(電通量、滲水高度和碳化深度)迅速降低。

(2) 當(dāng)海砂摻量一定時(shí)，隨著纖維摻量的增加(0～2%)，混凝土耐久性性能(電通量、滲水高度和碳化深度)緩慢提高。

(3) 當(dāng)混凝土中存在海砂時(shí)，可以通過摻入一定量的纖維來彌補(bǔ)海砂對(duì)混凝土的不利影響。