早齡期玄武巖纖維混凝土的鹽腐蝕性能

魯蘭蘭,魏潔,畢巧巍

(1.大連交通大學(xué) 后勤處，遼寧 大連 116028； 2.大連交通大學(xué) 土木與安全工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)*

早齡期玄武巖纖維混凝土的鹽腐蝕性能

魯蘭蘭1,魏潔2,畢巧巍2

(1.大連交通大學(xué) 后勤處，遼寧 大連 116028； 2.大連交通大學(xué) 土木與安全工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)*

為研究硫酸鹽對(duì)早齡期玄武巖纖維混凝土的腐蝕性能的影響，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)及兩種不同濃度硫酸鹽溶液腐蝕下的不同纖維體積摻量的混凝土試件進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度的測(cè)定，并計(jì)算其抗壓腐蝕系數(shù)K，結(jié)果表明：玄武巖纖維對(duì)早齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度提高不明顯，且抑制了混凝土抗壓強(qiáng)度的發(fā)展；在硫酸鹽腐蝕液中早齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著玄武巖纖維摻量的增加呈下降趨勢(shì)，但未隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)而下降.

混凝土；早齡期；玄武巖纖維；硫酸鹽腐蝕

0 引言

混凝土耐久性劣化主要表現(xiàn)形式有：凍融循環(huán)，侵蝕性化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，堿集料反應(yīng)，碳化，淡水腐蝕等，其中硫酸鹽腐蝕是造成混凝土耐久性劣化的重要原因之一[1].尤其我國(guó)鹽漬土地區(qū)較多，某些海水及地下水中硫酸鹽含量較高，混凝土工程受硫酸鹽侵蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致其耐久性劣化，設(shè)計(jì)壽命縮短，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失.目前國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)都是關(guān)于對(duì)硬化后的混凝土硫酸鹽腐蝕的報(bào)道[2]，但是某些工程的混凝土建筑在早期未充分硬化便已經(jīng)處于硫酸鹽腐蝕環(huán)境中，并且已有研究人員發(fā)現(xiàn)纖維的摻入可以有效改善硫酸鹽對(duì)混凝土的腐蝕狀況，但是纖維種類和摻量不同都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不同的影響[3].故本文對(duì)早齡期玄武巖纖維混凝土鹽腐蝕性能進(jìn)行了研究，以其為后續(xù)的相關(guān)研究提供一定的參考.

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)背景

大連是個(gè)沿海城市，目前國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)都是關(guān)于對(duì)硬化后的混凝土硫酸鹽腐蝕的報(bào)道，但是某些工程的混凝土建筑在早期未充分硬化便已經(jīng)處于硫酸鹽腐蝕環(huán)境中.比如近幾年的大型工程跨海大橋、海底隧道，很多時(shí)候都是在混凝土未達(dá)到充分硬化時(shí)，就已經(jīng)與海水充分接觸，那么不可避免的就要受到硫酸鹽的腐蝕.本試驗(yàn)就是研究硫酸鹽對(duì)早期混凝土的抗壓強(qiáng)度及參入纖維后對(duì)早期混凝土抗壓情況的影響.

1.2 試驗(yàn)材料和配合比

水泥為大連小野田水泥有限公司生產(chǎn)的P.0 42.5普通硅酸鹽水泥；砂子采用的是大連河砂，細(xì)度模數(shù)為2.63；粗骨料采用連續(xù)級(jí)配的石灰?guī)r碎石，粒徑為5～20 mm；減水劑為大連西卡建筑材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑；玄武巖纖維為浙江石金玄武巖纖維有限公司生產(chǎn)的短切玄武巖纖維，密度為2.65 g/cm3，長(zhǎng)度為20 mm. 試驗(yàn)配制混凝土為C50，配合比見(jiàn)表1.

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.3 腐蝕溶液的配制

根據(jù)重量法將1 kg無(wú)水硫酸鈉固體顆粒加入到9 kg水中，配制成10%的硫酸鈉溶液.同樣的方法配制濃度為20%的硫酸鈉溶液.采取單臥軸砼攪拌機(jī)攪拌 ，制備各實(shí)驗(yàn)組100 mm×100 mm×100 mm的立方體試塊，養(yǎng)護(hù)24 h拆模后，分別將其放置在清水、10%Na2SO4溶液、20%Na2SO4溶液中，腐蝕天數(shù)分別設(shè)定為3、7、14、28 d.測(cè)其腐蝕后的抗壓強(qiáng)度，并計(jì)算抗壓腐蝕系數(shù)[4].

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)不同設(shè)定時(shí)間的浸泡，試驗(yàn)測(cè)得各實(shí)驗(yàn)組試件在不同濃度腐蝕溶液中各腐蝕齡期的抗壓強(qiáng)度值與抗壓強(qiáng)度腐蝕系數(shù)如表2.

表2 硫酸鹽腐蝕環(huán)境中BFRC抗壓強(qiáng)度(MPa)與腐蝕系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

2.1 硫酸鹽溶液濃度對(duì)早齡期BF混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從表中數(shù)據(jù)可知：早齡期混凝土在清水中的抗壓強(qiáng)度比硫酸鹽溶液中的抗壓強(qiáng)度高，且隨著溶液濃度的升高，早齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度呈降低的趨勢(shì).表明了硫酸鹽溶液對(duì)早齡期的素混凝土和玄武巖纖維混凝土都產(chǎn)生了一定的腐蝕性，抑制了其強(qiáng)度的發(fā)展.這是由于硫酸鈉在早齡期混凝土還未充分硬化過(guò)程中，生成了三硫型水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)[5- 6]，形成巨大膨脹力，造成了整體結(jié)構(gòu)疏松，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度降低.

2.2 腐蝕時(shí)間對(duì)早齡期BF混凝土的抗壓強(qiáng)度影響

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)分別繪制出圖1～圖4.

從圖1中可知：同一濃度的硫酸鹽溶液中各實(shí)驗(yàn)組隨著齡期的增長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度成上升的趨勢(shì)，但腐蝕系數(shù)呈下降的趨勢(shì).說(shuō)明隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，受硫酸鹽腐蝕程度越來(lái)越深.這是由于早齡期混凝土還在不斷受硫酸鹽的侵蝕，內(nèi)部不斷在生成鈣礬石.但是早齡期的混凝土也在不斷的進(jìn)行水化，其水化速度要大于腐蝕速度，故而同濃度的硫酸鹽溶液中的試件強(qiáng)度未隨著齡期的延長(zhǎng)而下降[7].

圖1 20% Na2SO4溶液中的抗壓強(qiáng)度和腐蝕系數(shù)

2.3 纖維摻量對(duì)早齡期BF混凝土的抗壓強(qiáng)度影響

(1)從圖2中可以看出，玄武巖纖維對(duì)早齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果不明顯，當(dāng)玄武巖纖維體積摻量為0.05%時(shí)，28 d的抗壓強(qiáng)度較素混凝土提高了1%，而當(dāng)玄武巖纖維體積摻量增加到0.1%時(shí)，其28 d的抗壓強(qiáng)度卻降低了.這是由于纖維摻量的增加，而表面積也在增加，導(dǎo)致沒(méi)有足夠的水泥漿體包裹，導(dǎo)致密實(shí)性下降，氣孔增多，影響了強(qiáng)度.

圖2 試件在清水中的抗壓強(qiáng)度

而且玄武巖纖維抑制了混凝土的早期強(qiáng)度，BF1和BF2兩組試件的7 d抗壓強(qiáng)度分別是其28 d的77.1%、77.4%，而素混凝土試件的7 d抗壓強(qiáng)度是其28d的81.7%，這是由于早期混凝土水化程度較低，纖維與混凝土內(nèi)部連接不緊密，增加了混凝土內(nèi)部缺陷，抑制了混凝土的早期強(qiáng)度，但隨著齡期的延長(zhǎng)，混凝土水化進(jìn)一步加強(qiáng)，纖維效果有所體現(xiàn)，故而其強(qiáng)度有所提高[8- 10].

(2)從圖3、圖4中可以看出，腐蝕溶液中早齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度隨玄武巖纖維摻量的增加呈降低的趨勢(shì).這是由于早齡期混凝土水化程度較低，纖維與水泥漿體連接不密實(shí)，增加了空隙，導(dǎo)致腐蝕液侵入到內(nèi)部，與之發(fā)生反應(yīng)，降低了其強(qiáng)度.而隨著纖維摻量的增加，其表面積也在增加，纖維沒(méi)有足夠的水泥漿體包裹，因而使得混凝土密實(shí)度下降，內(nèi)部缺陷增多，易出現(xiàn)氣孔和微裂縫，導(dǎo)致更多腐蝕液侵入到混凝土內(nèi)部，從而抗壓強(qiáng)度隨著玄武巖纖維摻量的增加而下降.

圖3 試件在10%NaSO4溶液的抗壓強(qiáng)度

圖4 試件在20%NaSO4溶液的抗壓強(qiáng)度

3 結(jié)論

(1)隨著溶液濃度的升高，早齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度呈降低的趨勢(shì);

(2)同一濃度的硫酸鹽溶液中，隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土抗壓強(qiáng)度成上升的趨勢(shì);

(3)玄武巖纖維對(duì)早齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果不明顯;

(4)腐蝕溶液中早齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度隨玄武巖纖維摻量的增加呈降低的趨勢(shì).

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Salt Corrosion Resistance of Basalt Fiber Reinforced Concrete in Early Age

LU Lanlan1,WEI Jie2,BI Qiaowei2

(1.Logistics Department,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China; 2.School of Civil and Safety,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China)

In order to study the effect of sulfate on corrosion behavior of basalt fiber reinforced concrete in early age，the compressive strength of concrete specimens with different fiber volume content under different corrosion conditions and standard curing was determined,and the compressive corrosion coefficient ofKwascalculated.Theresultsshowthatthebasaltfiberhasnoobviousimprovementoncompressivestrengthoftheconcrete,andrestrainthedevelopmentofthecompressivestrengthofconcrete.Thecompressivestrengthofearlyageconcreteinsulfatesolutionisdecreasedwiththeincreaseofbasaltfibercontent,butdoesnotdecreasewiththeincreaseofcorrosiontime.

concrete;early age;basalt fiber;sulfate corrosion

1673- 9590(2017)03- 0088- 04

2016- 06- 23

魯蘭蘭(1980-)，女，工程師，碩士，主要從事土木工程相關(guān)研究E-mail:45523717@qq.com.

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