酸性環境下仿鋼纖維復合結構的耐久性試驗研究

姜封國，郭 威，郭 楠，趙亞哥白

(1.黑龍江科技大學 建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022；2.東北林業大學 土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 引 言

我國擁有漫長的海岸線，海水中含有3.5%(質量)的可溶性鹽，其中硫酸根離子的含量大致為2.54～3.06g/l，而濱海鹽漬土土層中含鹽量大于5%。硫酸鹽對材料有嚴重的侵蝕性，通過摻加礦物摻合料、纖維等材料，使材料的抗硫酸鹽侵蝕性能增強，提高材料的耐久性能。

薛耀東、喬宏霞、王怪涵、王佳林等對硫酸鹽腐蝕作用下混凝土中如何改摻合料有不同的結論。周煜等通過在混凝土中摻加石灰石礦渣，發現混凝土在腐蝕條件下性能良好。陸建鑫等通過力學實驗、微觀結構試驗研究了不同摻合料的混凝土在腐蝕條件下的力學性能。楊冬鵬等研究摻合料組分對腐蝕的影響。

仿鋼纖維是以合成樹脂為原材料，具有斷裂強度高、分散性好、抗腐蝕能力強的優點。

本文通過摻入仿鋼纖維，采用不同濃度硫酸鹽在不同自然環境對混凝土材料產生的硫酸鹽腐蝕作用，以及摻入仿鋼纖維后隊混凝土耐久性的影響。

2 試驗設計與方法

本文研究腐蝕條件下的混凝土結構力學性能，根據RILEM試驗標準制備混凝土試件。通過試驗機單軸壓力值可以獲得試件軸向變形和壓力的關系，試件按下圖布置應變片，用于監測載荷作用下混凝土的橫向變形。

本文設計的硫酸鹽濃度為0，9%，15%，其中硫酸鹽濃度0表示清水狀態；由于實驗室試驗時間限制，所以設計的浸泡時間為0，2，3，4，5月；試驗需要制備仿鋼纖維混凝土試件。

表1 實驗室仿鋼纖維混凝土的配比

表2 摻合料仿鋼纖維參數

3 試驗結果與分析

仿鋼纖維混凝土荷載-變形曲線分析：

圖1 9%濃度硫酸鹽狀態 圖2 15%濃度硫酸鹽狀態(仿鋼纖維)不同浸泡 (仿鋼纖維)不同浸泡時間荷載-變形曲線 時間荷載-變形曲線

圖3 清水浸泡5月混凝土 圖4 9%濃度硫酸鹽浸泡 梁試件荷載-變形 5月混凝土梁試件荷載- 曲線對比 變形曲線對比

圖5 15%濃度硫酸鹽浸泡5月混凝土梁試件荷載-變形曲線對比

可以看出，仿鋼纖維混凝土在硫酸鹽腐蝕溶液中會受到腐蝕影響，不同濃度的硫酸鹽腐蝕對混凝土的最大荷載影響較小，基本保持一致。從圖5～圖7可以看出，仿鋼纖維混凝土載荷強度明顯高于素混凝土，超過30%，有效改善硫酸鹽離子的腐蝕影響，提高耐久性能。

整理試驗數據，獲取性能數據參數，對比分析仿鋼纖維混凝土與素混凝土的斷裂韌度以及彈性模量的變化規律。

圖6 9%濃度硫酸鹽溶液浸泡下混凝土切口梁彈性模量對比圖

圖7 15%濃度硫酸鹽溶液浸泡下混凝土切口梁彈性模量對比圖

通過上圖可知，仿鋼纖維混凝土的彈性模量要高于素混凝土。清水中浸泡條件下，仿鋼纖維混凝土彈性模量趨勢比較平穩。在9%硫酸鹽濃度中，仿鋼纖維混凝土彈性模量有所下降，。在15%硫酸鹽濃度中，仿鋼纖維混凝土彈性模量有所下降，但仍維持在33GPa左右，趨于穩定。可以看出，摻入仿鋼纖維的混凝土材料具有很好的抵抗腐蝕侵蝕影響的能力，同時能夠提高混凝土材料的強度和耐久性能。

4 結 論

混凝土在酸性腐蝕溶液中會受到腐蝕影響，但是從曲線來看，腐蝕的強度變形較小，不同濃度的硫酸鹽腐蝕峰值對混凝土影響較小，基本保持一致。仿鋼纖維混凝土的彈性模量要高于素混凝土。因此仿鋼纖維混凝土的強度和耐久性能得到了很大提高。同時仿鋼纖維混凝土已在建筑、路橋、水工等工程領域得到應用。未來可以制成仿鋼纖維布，應用于木材等材料表面，提高材料的抗腐蝕性能，已達到提高耐久性的目的。