粉煤灰摻量對(duì)聚丙烯纖維混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能試驗(yàn)研究

牛欣欣

摘 ?????要：為了研究粉煤灰摻量對(duì)聚丙烯纖維混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響，采用摻量為0%，15%和30%的粉煤灰代替水泥材料，并設(shè)定1、2、3、4、5個(gè)月對(duì)混凝土進(jìn)行侵蝕;采用TYE-2000型試驗(yàn)機(jī)研究了硫酸鹽自然浸泡和干濕循環(huán)侵蝕環(huán)境下聚丙烯纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的變化規(guī)律。最終得出當(dāng)粉煤灰的最佳摻量為15%綜合性能最優(yōu)，進(jìn)而為工程實(shí)踐提供了數(shù)據(jù)參考。

關(guān) ?鍵 ?詞：聚丙烯纖維混凝土;粉煤灰;力學(xué)性能;自然浸泡侵蝕環(huán)境;干濕循環(huán)侵蝕環(huán)境

中圖分類號(hào)：TQ 016.5 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）04-0751-03

Abstract： In order to study the effect of fly ash content on the sulfate-resisting performance of polypropylene fiber concrete， the fly ash with 0%， 15% or 30% was used to substitute cement material， and the concrete was eroded for 1month， 2 months， 3 months， 4 months or 5 months. The compressive strength and splitting tensile strength of polypropylene fiber reinforced concrete under natural immersion and wet-dry cycle erosion were studied by TYE-2000-type tester. The results showed that when the optimum content of fly ash was 15%， the comprehensive performance of polypropylene fiber reinforced concrete was the best.

Key words： Polypropylene fiber concrete;Fly ash; Mechanical properties;Natural immersion erosion environment;Wet and dry cycle erosion environment

混凝土是生產(chǎn)制造中不可缺少的一種材料，具有原料豐富，價(jià)格低廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)[1]。但是目前的研究表明，混凝土的耐腐蝕性并不能很好的滿足當(dāng)前的建造需求，當(dāng)遭到硫酸鹽等腐蝕時(shí)會(huì)降低其強(qiáng)度，影響建筑質(zhì)量。

粉煤灰屬于火山灰質(zhì)材料，本身膠凝性能較差，但是在常溫下有水存在時(shí)，粉煤灰可以與混凝土中物質(zhì)的進(jìn)行二次反應(yīng)，生成難溶于水的水化硅酸鈣凝膠，這樣不僅降低了溶出的可能，也填充了混凝土內(nèi)部的孔隙，對(duì)混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性都有提高作用。隨著粉煤灰等固體廢棄物的回收利用技術(shù)的不斷成熟，發(fā)現(xiàn)在混凝土中加入一定量的粉煤灰可以避免強(qiáng)度降低情況的發(fā)生[2]。目前的研究工作主要聚集于摻入粉煤灰之后的混凝土的正常環(huán)境下的強(qiáng)度進(jìn)行分析，但是在工程上混凝土?xí)獾江h(huán)境腐蝕，因此對(duì)于腐蝕環(huán)境下的混凝土力學(xué)性能的研究至關(guān)重要。

從環(huán)境和效益角度而言，粉煤灰的回收利用符合工業(yè)發(fā)展需求，能夠大量減少固體廢棄物的堆放量，達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目的。粉煤灰的綜合利用，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策及解決我國(guó)電力生產(chǎn)環(huán)境污染、資源缺乏之間矛盾的重要手段。同時(shí)對(duì)于粉煤灰混凝土的開(kāi)發(fā)利用不僅能夠產(chǎn)生非常可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而且符合當(dāng)前中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的理念[2]。

1 ?試驗(yàn)材料

1.1 ?聚丙烯纖維

聚丙烯纖維體積率水平：1 kg/m3，長(zhǎng)度為12 mm。摻加聚丙烯纖維可以阻止和延緩裂縫的擴(kuò)展，具體的物理參數(shù)[3]如表1所示。

1.2 ?粉煤灰

摻雜粉煤灰的目的是降低腐蝕前期造成的水化熱，防止因?yàn)樗療徇^(guò)高而造成強(qiáng)度降低的情況。粉煤灰在混凝土的抗硫酸鹽性方面起到了至關(guān)重要的作用，并能增強(qiáng)自身強(qiáng)度[4]。粉煤灰是硅、鋁以及其他元素的燃燒產(chǎn)物，呈細(xì)灰狀。具體的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2[5]。

2 ?試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱颂剿鳟?dāng)混凝土中聚丙烯纖維含量為1 kg/m3時(shí)的聚丙烯纖維混凝土基本力學(xué)性能。設(shè)定的實(shí)驗(yàn)組為：

粉煤灰摻量：0%、15%以及30%;

侵蝕條件：自然浸泡和干濕循環(huán)浸泡;

侵蝕時(shí)間：1、2、3、4、5個(gè)月。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要分為以下兩個(gè)方面[6]：

基礎(chǔ)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)：包括自然侵蝕條件下的試件的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度。

壓力試驗(yàn)：硫酸鹽干濕循環(huán)環(huán)境下侵蝕粉煤灰混凝土，測(cè)定不同試件的的抗壓強(qiáng)度。

3 ?試驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 ?抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

通過(guò)TYE-2000測(cè)試儀，對(duì)試件進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)的主要參數(shù)[7]如表4所示。

由于機(jī)器量程單位為kN，因此需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)抗壓強(qiáng)度進(jìn)行換算，具體的換算公式為：

由圖1可得，隨著浸蝕時(shí)間的增加，試件的抗壓強(qiáng)度逐漸下降。在自然浸泡硫酸鹽侵蝕條件下，整體侵蝕過(guò)程中存在最佳的粉煤灰的摻量：當(dāng)粉煤灰摻量為15%時(shí)，試件的強(qiáng)度明顯的大于0%和30%時(shí)的抗壓強(qiáng)度;粉煤灰摻量為30%時(shí)，聚丙烯纖維混凝土試件也比未摻加粉煤灰的試件強(qiáng)度大。從曲線的走向來(lái)說(shuō)，浸泡時(shí)間和抗壓強(qiáng)度來(lái)說(shuō)整體呈下降趨勢(shì)，因此在現(xiàn)場(chǎng)工程來(lái)說(shuō)，應(yīng)該避免混凝土的腐蝕。

3.1.2 ?干濕循環(huán)侵蝕環(huán)境下試驗(yàn)結(jié)果及分析

從圖2可以看出，隨著侵蝕循環(huán)時(shí)間的不斷增加，試件的抗壓強(qiáng)度逐漸下降。當(dāng)粉煤灰含量為15%時(shí)，聚丙烯纖維混凝土試件的強(qiáng)度大于其他兩種試件;當(dāng)粉煤灰含量為30%時(shí)，聚丙烯纖維混凝土試樣與無(wú)粉煤灰的試樣相比也較強(qiáng)。因此，含粉煤灰的聚丙烯纖維混凝土試樣比摻入加粉煤灰的試樣更能抵抗硫酸鹽侵蝕。當(dāng)粉煤灰含量達(dá)到15%時(shí)效果最佳。

加入適量的粉煤灰可以使其在混凝土試樣內(nèi)均勻擴(kuò)散，提高混合物的可加工性和抗裂性，以承受更大的外部載荷[9]。同樣也可將適量的粉煤灰添加到聚丙烯纖維混凝土樣品中以減少混凝土中的水泥用量，使聚丙烯纖維混凝土試件的耐硫酸鹽性得到改善，耐久性持續(xù)增強(qiáng)。

綜合考慮，當(dāng)處于硫酸鹽濕干循環(huán)侵蝕條件中，粉煤灰最優(yōu)摻量為15%。此時(shí)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度最大，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯[10]。

3.2 ?劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

對(duì)試件進(jìn)行混凝土試件劈裂抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以得出：隨著浸泡時(shí)間的增加，三個(gè)試件的抗拉強(qiáng)度整體都呈下降趨勢(shì)，但是在粉煤灰摻量為0%時(shí)，沒(méi)有上升的趨勢(shì);摻加粉煤灰的試樣先上升后降低，當(dāng)侵蝕1個(gè)月時(shí)，劈裂抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大，因此在實(shí)際工程中，可以考慮通過(guò)適量的腐蝕來(lái)達(dá)到增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度的目的[11]。但是，摻加粉煤灰的試樣的劈裂抗拉強(qiáng)度始終大于未摻加的試件。

4 ?結(jié) 論

試驗(yàn)過(guò)程以粉煤灰和硫酸鹽侵蝕時(shí)間的變化量為研究對(duì)象，對(duì)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行基本力學(xué)性能試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：

（1）硫酸鹽自然浸泡狀態(tài)下聚丙烯纖維混凝土的抗腐蝕性，其抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間逐漸降低。粉煤灰摻量在15%時(shí)，抗壓/強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，但是相對(duì)于未摻加粉煤灰以及摻量在30%的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度都較高。在后兩種情況下，粉煤灰含量為30%的混凝土試件具有較高的強(qiáng)度。

（2）聚丙烯纖維混凝土在硫酸鹽自然浸泡狀態(tài)下的抗侵蝕性能逐漸降低了劈裂抗拉強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。粉煤灰摻量在15%時(shí)，劈裂抗拉強(qiáng)度仍舊呈下降趨勢(shì)，但是，劈裂抗拉強(qiáng)度高于未摻加粉煤灰和粉煤灰摻量為30%混凝土試件。

（3）聚丙烯纖維混凝土在干濕硫酸鹽狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度隨著時(shí)間的增加逐漸降低。粉煤灰摻量在15%時(shí)，抗壓強(qiáng)度也呈下降趨勢(shì)，然而，相對(duì)于未摻加粉煤灰以及摻量為30%的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度仍舊較高。

（4）結(jié)合自然浸泡侵蝕，干循環(huán)侵蝕試驗(yàn)過(guò)程，試件的基本力學(xué)性能受到硫酸鹽侵蝕時(shí)會(huì)減弱。將粉煤灰添加到聚丙烯纖維混凝土試樣中將改善其抗侵蝕性能。試樣的力學(xué)性能處于最佳狀態(tài)，因此15%的粉煤灰含量是最佳的劑量。

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