硫酸鹽侵蝕下PVA-FRCC強度劣化規律

劉艷芬 趙曉明*

(內蒙古工業大學，內蒙古 呼和浩特 010051)

硫酸鹽侵蝕下PVA-FRCC強度劣化規律

劉艷芬 趙曉明*

(內蒙古工業大學，內蒙古 呼和浩特 010051)

研究了在硫酸鈉溶液長期浸泡作用下聚乙烯醇纖維水泥基復合材料抗壓強度的劣化規律，分析了不同纖維摻量對強度劣化的影響，結果表明在長期浸泡作用下，聚乙烯醇纖維水泥基復合材料在纖維摻量為1%時抗壓強度劣化損失最小。

聚乙烯醇纖維，硫酸鹽侵蝕，強度劣化

混凝土硫酸鹽侵蝕破壞是混凝土耐久性研究的重要內容之一，它是一個十分復雜的物理化學力學變化過程，影響因素眾多，危害性很大。鹽漬土和海水都會含有一定量的硫酸根離子，通過多種途徑進入水泥基材料內部，并與水泥水化產物發生化學反應或物理結晶析出，形成膨脹性產物，進而使材料產生膨脹、開裂、剝落等破壞，最終導致強度和整體性喪失[1]。纖維的使用可以有效地消除混凝土早期開裂、提高材料抗拉強度和延性、將混凝土材料的脆性破壞模式轉化為延性破壞模式，纖維增強混凝土或纖維增強砂漿隨著纖維生產技術的提高和外加劑產品性能的不斷進步，在性能和應用上得到了長足發展。本文研究了在硫酸鈉溶液侵蝕下聚乙烯醇纖維水泥基復合材料的強度變化規律。

1 實驗

本實驗試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。試件全部在實驗室制備，標準養護室內養護28 d。養護完成后進行試驗，侵蝕齡期從標準養護28 d后開始計算。聚乙烯醇纖維體積摻量分別取為0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%。實驗配合比見表1。

長期浸泡在質量分數5%的硫酸鈉溶液或水中浸泡14 d，為一個循環。干濕循環為質量分數5%的硫酸鈉溶液或水中浸泡7 d，然后取出試件，擦干表面溶液，放置于自然環境中晾干7 d，為一個循環。試驗用水箱置于室內環境中，試驗過程中用塑料布對水箱進行密封，防止水分蒸發。為了保證溶液濃度不變，每2個循環(28 d)更換1次硫酸鈉溶液。本試驗最初設計為每兩個循環檢測1次，后來發現在短時間內沒有明顯的侵蝕現象，就延長為每7個循環檢測1次。分別在2，4，11，18，25循環次數時，測試立方體抗壓強度。

表1 實驗配合比

2 實驗分析

通過圖1a)可以發現，在自然條件下，各種試件立方體抗壓強度變化曲線的總趨勢是增長的，其中F0，F0.5和F1試件抗壓強度前期增長速度快，而后期增長較緩慢，F1.5和F2試件的強度增長較平緩。這是由于纖維摻量少時，試件的水化反應前期就基本完成，而纖維摻量大時，試件的水化反應逐漸進行。在自然條件下154 d時，F0，F0.5，F1，F1.5和F2試件的抗壓強度分別上升為標養下抗壓強度的26.5%，19%，37.6%，27%和31.9%，可以發現在自然條件下抗壓強度增長幅度最大的是纖維摻量為1%的材料。還可以看出相同配合比的PVA-FRCC隨著纖維摻量的增加，材料的立方體抗壓強度隨之降低。

從圖1b)中可以看出，在整個實驗過程中，各種試件抗壓強度變化規律基本一致，包含兩個階段：誘導階段和加速階段[2]。PVA-FRCC的抗壓強度在誘導期內慢慢增加，逐漸達到最大值，然后進入加速階段，材料的抗壓強度開始降低。各種試件進入加速階段時間點不同，F0，F0.5和F1試件在第四循環時強度達到最大值，隨后開始衰減。F1.5和F2試件在第11循環時強度達到最高峰，然后開始衰退，這說明纖維摻量為1.5%和2%時可以使硫酸鈉侵蝕時的誘導階段延長。

各種試件強度變化規律均是先增大后減小，這是由于前期水泥基材料水化反應并未完成仍在繼續，同時硫酸鈉與水泥水化產物反應生成的膨脹性侵蝕產物填充著材料中的孔隙，使得材料更加密實從而強度逐漸增長。而到后期隨著硫酸鈉溶液侵蝕的逐漸積累，侵蝕產物不斷的填滿孔隙，新生的侵蝕產物就產生了膨脹，隨著膨脹力的增加形成了新的裂縫，進而發生脹裂破壞同時硫酸鈉侵蝕向內部深入，達到一定程度時抗壓強度就開始減小。F0,F0.5和F1試件在侵蝕天數為56 d時，抗壓強度達到最大值，比標養下抗壓強度分別增加了27.8%，28.9%，25.9%，可見增長幅度最大的是F0.5。在侵蝕350 d后，F0，F0.5和F1試件相比標養下抗壓強度，分別減少了22.2%，13.5%和增長了3.1%，可見F1的抗硫酸鹽性能優于F0和F0.5，而F0的性能最差。

F1.5和F2試件抗壓強度變化也是先增大后減小，但與其他試件不同的是在侵蝕循環為第11循環時抗壓強度達到最大值，而且變化趨勢較平緩，比標養下抗壓強度增加了14.1%和21%，可見增長幅度最大的是F2。在侵蝕循環為第25循環時，F1.5試件的抗壓強度比標養下抗壓強度減少了9.5%，而F2不變。綜上所述，在硫酸鹽侵蝕下，PVA-FRCC在纖維摻量為1%時，強度損失最小。

從圖1b)中還可以看出，纖維摻量在不小于1%的材料，抗壓強度在第二階段變化幅度較小，而纖維摻量在小于1%的材料，在第二階段變化幅度較大。這是由于纖維對水泥基材的增強作用，隨著纖維摻量的增加，材料的抗裂性能隨之增強，裂縫減少，從而緩減了硫酸根離子的侵入，同時纖維對已侵蝕的部分起到一定的約束作用，減少了起皮、掉角等侵蝕現象，這樣也對未侵蝕的水泥基材料起到了保護作用。可見隨著纖維摻量的增加，PVA-FRCC抗硫酸鈉侵蝕的能力增強。但并不是纖維摻量越大PVA-FRCC的抗硫酸鹽侵蝕能力越大，這是因為隨著纖維摻量的增大，材料內部的氣泡也增多，對硫酸根離子的侵入提供了有利條件，這就對制備大摻量PVA-FRCC的方法提出了更高的要求。通過以上的對比分析發現，PVA-FRCC在纖維摻量為1%時的抗硫酸鈉侵蝕性能最優。

如圖2所示為長期浸泡下纖維摻量對抗壓強度影響對比圖。從圖中可以看出，在28 d標準養護后，PVA-FRCC的立方體抗壓強度是隨著纖維摻量的增大而減小。在第11次循環結束后，各種試件的抗壓強度與標養相比，均是增大，這表明硫酸根離子對試件的侵蝕作用在初期表現為增加強度；除纖維摻量為0.5%的試件外，其余試件的抗壓強度均隨著纖維摻量的增大而減小，表明侵蝕劣化影響開始表現出來。在第25次循環結束后，纖維摻量為0%,0.5%和1.5% 試件的抗壓強度與標養相比均減小，而1%的增大，2%的不變，表明纖維摻量為1%的PVA-FRCC的抗硫酸鈉侵蝕效果最好。

3 結語

聚乙烯醇纖維增強水泥基復合材料是一種新型水泥基復合材料，該材料在拉伸、彎曲、壓縮等力學性能方面表現出良好的韌性和優異的裂縫控制能力[3-5]。本實驗研究了聚乙烯醇纖維水泥基復合材料在長期浸泡作用下的抗壓強度劣化規律，結果表明纖維摻量為1%時抗壓強度劣化損失最小。

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Sulfate erosion strength of polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composites and deterioration

Liu Yanfen Zhao Xiaoming*

(InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010051,China)

Study on the deterioration law of long-term immersion in sodium sulfate solution under the action of polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composites compressive strength, analyzes the influence of different fiber content on the strength degradation, the results show that in the long-term immersion effect, polyvinyl alcohol fiber reinforced cement based composite material in the fiber content is 1% the compressive strength deterioration the minimum loss.

polyvinyl alcohol fiber, sulfate attack, strength deterioration

2015-02-27

劉艷芬(1963- )，女，工程師

趙曉明(1985- )，男，工程師

1009-6825(2015)14-0113-03

TU433

A