高強(qiáng)度聚丙烯纖維泡沫混凝土的制備及抗蝕性能分析*

任大鵬

(大連海洋大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,遼寧 大連 116300)

0 引 言

近年來(lái),我國(guó)城鎮(zhèn)化的腳步和基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展越來(lái)越快,截止2022年年底,我國(guó)建筑竣工面積累計(jì)值已超140億平方米[1-2]。隨著建筑數(shù)量的快速增加,建筑能耗也逐年增大,據(jù)統(tǒng)計(jì),僅建筑能耗就占社會(huì)總能耗30%以上[3-4]。為了保證經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,降低建筑能耗,發(fā)展節(jié)能建筑的任務(wù)迫在眉睫[5-7]。目前建筑領(lǐng)域常見(jiàn)的保溫材料主要有巖棉、泡沫陶瓷、泡沫混凝土和膨脹聚苯板等,通常為了要求建筑材料的保溫性,導(dǎo)熱系數(shù)一般都要低于0.12 W/(m·K)[8-11]。泡沫混凝土作為保溫建筑材料中的一種,是將水泥、外加劑和泡沫按照一定比例摻拌形成的,具有質(zhì)量輕、保溫性能好和隔音性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[12-13]。泡沫混凝土也存在一定的缺點(diǎn),例如強(qiáng)度偏低、耐久性不足[14]。為了獲得優(yōu)異的耐久性和高強(qiáng)度的泡沫混凝土,通常會(huì)調(diào)整水灰比、加入玻璃纖維及不同種類(lèi)的發(fā)泡劑等[15-16]。張磊等以自制微生物發(fā)泡劑為原材料制備了生土泡沫混凝土,研究發(fā)現(xiàn)泡沫摻雜量的增加改善了混凝土的強(qiáng)度,抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)10.3 MPa,導(dǎo)熱系數(shù)最低為0.08 W/(m·K),具有較高的保溫性能和強(qiáng)度[17]。王晴等以礦渣和偏高嶺土為原料制備了地聚物基泡沫混凝土,發(fā)現(xiàn)水玻璃模數(shù)的增大可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度,礦渣比例的增大有助于提高泡沫混凝土的致密度,礦渣和偏高嶺土質(zhì)量比為8∶2時(shí)致密度最高,28 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)2.6 MPa[18]。聚丙烯纖維具有較高的強(qiáng)度和彈性模量,與水泥表面握裹力強(qiáng),是近年來(lái)混凝土中常用的添加纖維[19-20]。為了獲得高強(qiáng)度和優(yōu)異耐久性的泡沫混凝土,本文制備了聚丙烯纖維摻雜的泡沫混凝土,研究了聚丙烯纖維摻雜量對(duì)泡沫混凝土性能的影響,為拓展泡沫混凝土的實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)踐參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料與設(shè)備

海螺牌普通硅酸鹽水泥P.O 42.5：細(xì)度約為0.045 mm,化學(xué)成分如表1所示,山東誠(chéng)開(kāi)新型建材有限公司;發(fā)泡劑：K12十二烷基硫酸鈉,濟(jì)南道融化工有限公司;穩(wěn)泡劑：十二醇,工業(yè)級(jí),廣州市寶盛化工有限公司;聚丙烯纖維：形狀為單絲狀,密度為2.3 g/cm3,直徑在9～11 μm之間,抗拉強(qiáng)度為2 350 MPa,彈性模量為62 GPa,斷裂延伸率為2.35%,熔點(diǎn)為850 ℃,萊蕪晶凱工程材料有限公司;減水劑：聚羧酸減水劑,工業(yè)級(jí),減水率為23%,山東潤(rùn)躍化工有限公司;水：自來(lái)水。

表1 水泥的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of cement

水泥砂漿攪拌機(jī)：NJ-160B型,天津市中交路業(yè)工程儀器有限公司;冷場(chǎng)掃描電子顯微鏡：S-4800,日本日立公司;電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：WDW-50,上海盛世慧科檢測(cè)設(shè)備有限公司;真空干燥箱：DHG-9023A,DZF-6020,上海靳瀾儀器制造有限公司;混凝土收縮變形測(cè)定儀：NES06,滄州中建精密儀器有限公司;導(dǎo)熱系數(shù)儀：DRPL-3B,北京航天偉創(chuàng)設(shè)備科技有限公司;標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱：SHBY-40B型,河北大宏實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀：RCM-6,上海魅宇試驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 聚丙烯纖維泡沫混凝土的制備

表2為聚丙烯纖維泡沫混凝土的配比。首先,將發(fā)泡劑和水按照質(zhì)量比1∶70的比例放入發(fā)泡機(jī)中,以1 000 r/min的轉(zhuǎn)速均勻攪拌5 min;其次,按照表2的配比稱(chēng)取水泥、聚丙烯纖維、減水劑等原料混合均勻攪拌,水灰比固定為0.49,減水劑用量為水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.3%,發(fā)泡劑用量為水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.15%,穩(wěn)泡劑用量為水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.05%;接著,將制備好的泡沫加入到水泥漿料中,混合攪拌3 min;隨后倒入模具中,放置24 h后拆模,拆模后放入恒溫恒濕的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)3 d,再取出在常溫環(huán)境下自然養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)期間間隔2 d對(duì)試樣表面進(jìn)行噴水,保證試樣表面濕潤(rùn),養(yǎng)護(hù)至28 d后,即得聚丙烯纖維泡沫混凝土試樣,然后對(duì)樣品進(jìn)行性能測(cè)試。

表2 聚丙烯纖維泡沫混凝土的配比Table 2 Proportioning of polypropylene fiber foam concrete

1.3 樣品的性能測(cè)試

利用S-4800型冷場(chǎng)掃描電子顯微鏡對(duì)纖維泡沫混凝土的微觀形貌進(jìn)行測(cè)試;按照J(rèn)G/T 266-2011《泡沫混凝土》在WDW-50型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上對(duì)纖維泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試,加載速率為10 mm/min,測(cè)試結(jié)果精確至0.01 MPa;按照GB/T 11970-1997《加氣混凝土體積密度、含水率和吸水率試驗(yàn)方法》對(duì)纖維泡沫混凝土的吸水率進(jìn)行測(cè)試;按照GB/T 50082-2008《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的非接觸法進(jìn)行混凝土收縮試驗(yàn),將試樣制備成300 mm×300 mm×30 mm的尺寸;利用導(dǎo)熱系數(shù)儀DRPL-3B對(duì)試樣的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)試;按照GB/T 50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中快速氯離子遷移系數(shù)法(RCM法)對(duì)纖維泡沫混凝土的抗氯離子滲透性能進(jìn)行測(cè)試[21]。

2 結(jié)果與討論

2.1 孔結(jié)構(gòu)分析

圖1為養(yǎng)護(hù)28 d的聚丙烯纖維泡沫混凝土的光學(xué)顯微鏡圖。從圖1可以看出,所有試樣的氣孔孔徑分布約為0.25～0.95 mm,外形為橢圓形。從圖1(a)可以看出,未摻雜聚丙烯纖維的泡沫混凝土氣孔分布均勻性較差,孔壁較薄且粗糙,有明顯的連通孔和大孔存在。從圖1(b)-(e)可以看出,隨著聚丙烯纖維摻雜量的增多,泡沫混凝土的氣孔分布均勻性逐漸改善,氣孔尺寸變小,連通孔和大孔數(shù)量減少。當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),孔壁輪廓最為清晰,氣孔的完整度和封閉性較高,圓形度接近于1;當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量增加到1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),在局部又出現(xiàn)了連通孔。綜合分析可知,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的孔徑形態(tài)最為均勻完整。

圖1 聚丙烯纖維泡沫混凝土的光學(xué)顯微鏡圖：(a)聚丙烯纖維的摻雜量為0;(b)聚丙烯纖維的摻雜量為0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));(c)聚丙烯纖維的摻雜量為0.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));(d)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));(e)聚丙烯纖維的摻雜量為1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Fig.1 Optical microscope diagram of polypropylene fiber foam concrete with different doping amount of polypropylene fiber：(a) 0;(b) 0.3 wt%;(c) 0.6 wt%;(d) 0.9 wt%;(e) 1.2 wt%

2.2 SEM分析

圖2為養(yǎng)護(hù)28 d的聚丙烯纖維泡沫混凝土的SEM圖。從圖2(a)可以看出,未摻雜聚丙烯纖維的泡沫混凝土水化產(chǎn)物之間的結(jié)合較為疏松。從圖2(b)-(e)可以看出,聚丙纖維穿插于混凝土水化產(chǎn)物之間,聚丙烯纖維與漿體粘接較為牢固。隨著聚丙烯纖維摻雜量的增多,泡沫混凝土水化產(chǎn)物之間的結(jié)合更為緊密,聚丙烯纖維的存在產(chǎn)生了束縛作用,有效抑制了混凝土的開(kāi)裂和收縮,使泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)更為致密。當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),氣孔尺寸顯著減小,自由水不易揮發(fā),干燥收縮發(fā)生的概率降低;當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量增加到1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),局部出現(xiàn)了纖維脫落的現(xiàn)象,有明顯的大尺寸氣孔存在,這是因?yàn)檫^(guò)量的聚丙烯纖維分布不均出現(xiàn)聚集,使得纖維和水化產(chǎn)物的粘接不牢,導(dǎo)致在水化階段后期泡沫混凝土發(fā)生收縮后纖維被拔出。

圖2 聚丙烯纖維泡沫混凝土的SEM圖 ：(a)聚丙烯纖維的摻雜量為0;(b)聚丙烯纖維的摻雜量為0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));(c)聚丙烯纖維的摻雜量為0.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));(d)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));(e)聚丙烯纖維的摻雜量為1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Fig.2 SEM images of polypropylene fiber foam concrete with different doping amount of polypropylene fiber：(a) 0;(b) 0.3 wt%;(c) 0.6 wt%;(d) 0.9 wt%;(e) 1.2 wt%

2.3 力學(xué)性能測(cè)試

圖3為養(yǎng)護(hù)3,7和28 d齡期的聚丙烯纖維泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度。從圖3可以看出,隨著聚丙烯纖維摻雜量的增加,泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度先緩慢增加后輕微降低。養(yǎng)護(hù)28 d齡期下,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0%,0.3%,0.6%,0.9%和1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度分別為3.89,4.06,4.22,4.49和4.37 MPa。當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度最大,相比未摻雜聚丙烯纖維的試樣,抗壓強(qiáng)度提高了15.42%。這是因?yàn)榫郾├w維自身具有較高的抗壓強(qiáng)度,適量纖維的存在能夠在泡沫混凝土中形成致密均勻的網(wǎng)格體系,發(fā)揮出骨架作用,另外,聚丙烯纖維的直徑在9～11 μm之間,能夠有效填充到泡沫混凝土的孔壁中,提高了孔壁的強(qiáng)度和密實(shí)度,有助于改善氣孔的圓整度,從而改善泡沫混凝土的強(qiáng)度。當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量增加到1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),纖維泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)了輕微降低。這是因?yàn)閾饺脒^(guò)量聚丙烯纖維后,在砂漿攪拌時(shí)可以明顯觀察到纖維的團(tuán)聚現(xiàn)象,在混凝土硬化過(guò)程中團(tuán)聚部位易發(fā)生連通孔和大孔,氣孔破裂發(fā)生的概率大大增加,從而降低了泡沫混凝土的氣孔穩(wěn)定性,因此抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)了降低。

圖3 聚丙烯纖維泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度Fig.3 Compressive Strength of polypropylene fiber foam concrete

圖4為養(yǎng)護(hù)3,7和28 d齡期的聚丙烯纖維泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度。從圖4可以看出,養(yǎng)護(hù)28 d齡期下,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0%,0.3%,0.6%,0.9%和1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度分別為1.16,1.28,1.39,1.53和1.50 MPa,泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度隨聚丙烯纖維摻雜量的增大表現(xiàn)出先增大后輕微降低的趨勢(shì)。當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度最大,相比未摻雜聚丙烯纖維的試樣,抗折強(qiáng)度提高了31.90%。這是因?yàn)榫郾├w維自身的彈性模量高達(dá)60 GPa以上,適量纖維的摻雜能夠與漿體有效結(jié)合,強(qiáng)化了泡沫混凝土各區(qū)域之間的結(jié)合強(qiáng)度,裂紋和縫隙的生成難度增大,當(dāng)混凝土受外力時(shí),纖維會(huì)承擔(dān)部分應(yīng)力,當(dāng)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)裂紋時(shí),纖維在混凝土中形成的致密網(wǎng)格會(huì)提高混凝土的抗變形能力,當(dāng)混凝土要發(fā)生斷裂時(shí)需要克服纖維和漿體之間的結(jié)合力,所以抗折強(qiáng)度顯著增加。

圖4 聚丙烯纖維泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度Fig.4 Flexural strength of polypropylene fiber foam concrete

圖5為養(yǎng)護(hù)3,7和28 d齡期的聚丙烯纖維泡沫混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。從圖5可以看出,與抗折強(qiáng)度的變化趨勢(shì)相似,隨著聚丙烯纖維摻雜量的增加,泡沫混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)出先增大后輕微降低的趨勢(shì)。養(yǎng)護(hù)28 d齡期下,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0%,0.3%,0.6%,0.9%和1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度分別為0.61,0.77,0.89,1.03和1.00 MPa,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度最大,相比未摻雜聚丙烯纖維的試樣,劈裂抗拉強(qiáng)度提高了68.85%。劈裂抗拉強(qiáng)度的提高主要得益于聚丙烯纖維形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu),纖維網(wǎng)格的存在對(duì)于骨料和漿料都產(chǎn)生了“束縛”和“牽連”作用,試樣在受力過(guò)程中不易被劈裂,從而提高了泡沫混凝土的抗裂性能。

圖5 聚丙烯纖維泡沫混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度Fig.5 Splitting tensile strength of polypropylene fiber foam concrete

2.4 吸水率測(cè)試

圖6為養(yǎng)護(hù)28 d齡期的聚丙烯纖維泡沫混凝土的吸水率測(cè)試結(jié)果。從圖6可以看出,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0%,0.3%,0.6%,0.9%和1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的吸水率分別為0.3148%,0.3142%,0.3093%,0.2841%和0.2925%。泡沫混凝土的吸水率整體變化率幅度為0.03%,變化幅度較小,吸水率隨聚丙烯摻雜量的增大表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)。當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的吸水率達(dá)到最低值,這是因?yàn)閾饺脒m量的聚丙烯纖維后,泡沫混凝土的孔徑分布得到了改善,連通孔和大氣孔數(shù)量減少,吸水率降低。此外,由于聚丙烯纖維自身的吸濕能力較弱,24 h的吸水率不足0.02%,因此泡沫混凝土吸水率的變化可以認(rèn)為主要是和混凝土自身的孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。泡沫混凝土的吸水主要由毛細(xì)孔滲透和連通孔滲透這兩種方式組成,其中毛細(xì)孔滲透主要依賴(lài)水化前期生成的毛細(xì)孔進(jìn)行滲透。連通孔滲透與自身的孔結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系,對(duì)于泡沫混凝土而言,孔徑尺寸分布不均、存在過(guò)多的連通孔和有害孔都會(huì)形成泌水通道,導(dǎo)致吸水率增大[22]。

圖6 聚丙烯纖維泡沫混凝土的吸水率測(cè)試Fig.6 Water absorption test of polypropylene fiber foam concrete

2.5 收縮性能測(cè)試

混凝土在硬化過(guò)程中,隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行內(nèi)部水和表面水開(kāi)始蒸發(fā)減少,混凝土?xí)l(fā)生收縮,此時(shí)混凝土的內(nèi)部和表面容易產(chǎn)生裂紋,裂紋的生成數(shù)量隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行逐漸增多,收縮率越小,表明混凝土產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力的概率越低。圖7為養(yǎng)護(hù)3～28 d齡期的聚丙烯纖維泡沫混凝土的收縮率測(cè)試結(jié)果。從圖7可以看出,隨著水化時(shí)間的進(jìn)行,收縮率持續(xù)增加,這主要是因?yàn)榕菽炷量紫吨械乃终舭l(fā)產(chǎn)生了毛細(xì)管張力,造成了混凝土的收縮。養(yǎng)護(hù)28 d齡期下,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0%,0.3%,0.6%,0.9%和1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的收縮率分別為1.291%,1.202%,1.163%,1.121%和1.130%。隨著聚丙烯纖維摻雜量的增加,泡沫混凝土的收縮率先減小后增大,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的收縮率最小,相比未摻雜聚丙烯纖維的試樣,收縮率降低了13.17%。這是因?yàn)閾饺脒m量的聚丙烯纖維后,在混凝土中形成了網(wǎng)格結(jié)構(gòu),使得混凝土的收縮需要克服聚丙烯纖維對(duì)漿體的粘接作用力;其次,摻入的纖維改善了泡沫混凝土的孔結(jié)構(gòu),提高了各部分的結(jié)合強(qiáng)度,使混凝土發(fā)生收縮的難度增大。

2.6 導(dǎo)熱性能測(cè)試

平均溫度不高于350 ℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12 W/(m·K)的材料稱(chēng)為保溫材料,導(dǎo)熱系數(shù)能夠直觀表征纖維泡沫混凝土的保溫性能[23]。圖8為養(yǎng)護(hù)28 d齡期的聚丙烯纖維泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)。從圖8可以看出,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0%,0.3%,0.6%,0.9%和1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.119,0.116,0.110,0.103和0.105 W/(m·K),所有泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)均小于0.12 W/(m·K),具有較高的保溫性能。隨著聚丙烯纖維摻雜量的增加,泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)表現(xiàn)出先降低后升高的現(xiàn)象。導(dǎo)熱系數(shù)的變化與泡沫混凝土的微觀形貌所對(duì)應(yīng),摻入適量的纖維后改善了泡沫混凝土的孔結(jié)構(gòu),其氣孔的完整度和均勻性得到改善,從而使導(dǎo)熱系數(shù)降低,保溫性能提升;當(dāng)纖維摻雜量過(guò)多時(shí),纖維在泡沫混凝土中的分布均勻性變差,團(tuán)聚現(xiàn)象增多,出現(xiàn)了穿孔現(xiàn)象,有害孔數(shù)量增多,從而使導(dǎo)熱系數(shù)升高,保溫性能變差。

圖8 聚丙烯纖維泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)Fig.8 Thermal conductivity of polypropylene fiber foam concrete

2.7 抗氯離子侵蝕性能測(cè)試

混凝土的抗蝕性能是反映其耐久性能差異的主要指標(biāo),氯離子的遷移通常會(huì)以水分子的傳輸表現(xiàn)出來(lái),泡沫混凝土中裂紋和孔隙數(shù)量越多,氯離子遷移系數(shù)越大,混凝土受到侵蝕導(dǎo)致力學(xué)性能發(fā)生破壞的概率越高,耐久性越差。圖9為為養(yǎng)護(hù)28 d齡期的聚丙烯纖維泡沫混凝土的氯離子遷移系數(shù)。從圖9可以看出,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0%,0.3%,0.6%,0.9%和1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的氯離子遷移系數(shù)分別為9.1×10,8.5×10,8.3×10,8.1×10和8.2×10-12m2/s,未摻雜聚丙烯纖維的泡沫混凝土的氯離子遷移系數(shù)最大。結(jié)合圖2分析可知,這是由于泡沫混凝土自身孔壁封閉性較差,連通孔及孔間壁缺陷過(guò)多等導(dǎo)致了氯離子更容易發(fā)生遷移,氯離子遷移系數(shù)最大,抗氯離子侵蝕能力最低。隨著聚丙烯纖維摻雜量的增加,泡沫混凝土的氯離子遷移系數(shù)先降低后增大,抗氯離子侵蝕能力先增大后降低。當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的抗蝕性能最強(qiáng)。這是因?yàn)閾饺脒m量的纖維后,增強(qiáng)了泡沫混凝土漿體過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度,使氣孔的輪廓更為完整,孔壁變厚,孔壁封閉性提高,孔徑更為均勻,大孔、連通孔等有害孔的數(shù)量減少,從而增強(qiáng)了泡沫混凝土的抗蝕性能。

圖9 聚丙烯纖維泡沫混凝土的氯離子遷移系數(shù)Fig.9 Chloride ion migration coefficient of polypropylene fiber foam concrete

3 結(jié) 論

(1)適量聚丙烯纖維的摻雜改善了泡沫混凝土的氣孔分布均勻性,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的孔徑形態(tài)最為均勻完整。

(2)適量聚丙烯纖維的摻雜有效抑制了泡沫混凝土的開(kāi)裂和收縮,使泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)更為致密。隨著纖維摻雜量的增加,泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度均先增大后減小,吸水率則先降低后升高。養(yǎng)護(hù)28 d齡期下,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度最大為4.49 MPa,抗折強(qiáng)度最大為1.53 MPa,劈裂抗拉強(qiáng)度最大為1.03 MPa,吸水率最低為0.2841%。

(3)適量聚丙烯纖維摻雜后能夠與泡沫混凝土漿體緊密結(jié)合,提高了各水化產(chǎn)物的連接強(qiáng)度,形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)阻礙了混凝土的開(kāi)裂收縮。養(yǎng)護(hù)28 d齡期下,當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的收縮率最低為1.121%。

(4)聚丙烯纖維泡沫混凝土具有較高的保溫性能和抗蝕性能,適量纖維的摻雜改善了氣孔的完整度和均勻性,降低了導(dǎo)熱系數(shù),增強(qiáng)了抗蝕性能。當(dāng)聚丙烯纖維的摻雜量為0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)最低為0.103 W/(m·K),氯離子遷移系數(shù)最低為8.1×10-12m2/s。