酸堿環境對玄武巖纖維混凝土力學性能的影響

左穎

（江蘇城鄉建設職業學院，江蘇 常州 213003）

混凝土力學性能直接關乎到土木工程領域的安全問題，因此提高和改善混凝土力學性能成為了研究熱點。常通過往混凝土中摻入不同的摻合料[1-4]或纖維[5-6]提高混凝土的性能。不同的環境也會對混凝土的性能產生影響[7-10]。本文以玄武巖纖維作為增強材料，研究其摻量對混凝土坍落度、抗壓和抗折強度的影響，進一步，調配不同的pH 值溶液，模擬分析混凝土在外界侵蝕環境下的性能演變規律，為今后復雜環境下混凝土設計提供參考。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：中山市南區恒發水泥有限公司生產的P·O52.5 水泥，主要化學成分見表1；硅灰：河北騰川礦產品貿易有限公司生產的硅灰，比表面積約為22 m2/g；砂：機制砂，細度模數2.8；石：粒徑5～10 mm；玄武巖纖維：河北盛章節能科技有限公司提供，直徑12 μm，長度10 mm，密度2.7 g/cm3；水：自來水。

表1 水泥的主要化學成分 %

1.2 試驗方法

試驗混凝土的基準配合比（kg/m3）為：m（水泥）∶m（硅灰）∶m（砂）∶m（石）∶m（水）=320∶35∶464∶928∶106，玄武巖纖維體積摻量分別為0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%。

根據GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T 50081—2019《混凝土力學性能試驗方法標準》進行坍落度、抗壓和抗折強度測試。同時制備不同pH 值溶液（pH 值=3、7、11），其中酸環境由HCl 溶液進行調配得出，堿環境由NaOH 溶液進行調配得出，進而分析混凝土在不同的pH 值溶液（pH=3、7、11）及不同的侵蝕時間（7、14、28、56 d）中性能的變化情況。對于混凝土坍落度測試，將剛制備好的混凝土拌合物直接放置不同pH 值溶液中浸泡1 h后再進行坍落度測試；對于抗壓和抗折強度測試，將制備好的混凝土試塊放在標準養護室內養護28 d 后再在不同pH值溶液中浸泡一定時間后進行測試。抗壓和抗折強度測試儀器為上海拓豐儀器科技有限公司生產的萬能試驗機，坍落度測試儀器為滄州科碩建筑儀器設備有限公司生產的坍落度測定儀。通過廣東精譜實業有限公司生產的掃描電鏡進行微觀結構分析。

2 結果與討論

2.1 玄武巖纖維摻量對拌合物坍落度的影響（見圖1）

圖1 纖維摻量對拌合物坍落度的影響

由圖1 可知，當pH 值相同時，隨著玄武巖纖維摻量的增加，拌合物的坍落度逐漸減小；玄武巖纖維摻量為0～0.6%時，坍落度的減小速率較大；而當玄武巖纖維摻量為0.6%～1.0%時，坍落度減小速率減緩。如在酸性環境下（pH 值=3），玄武巖纖維摻量分別為0、0.6%、1.0%的混凝土坍落度分別為72.3、63.4、62.7 mm。另外，當玄武巖纖維摻量相同時，隨著pH 值的增大，拌合物的坍落度先減小后增大。如當玄武巖纖維摻量為0.4%時，pH 值=3、7、11 環境下拌合物的坍落度分別為66.8、62.4、65.4 mm。從坍落度方面考慮，本試驗中玄武巖纖維的最佳摻量為0.6%，混凝土所處的環境越中性越好。

2.2 玄武巖纖維對混凝土抗壓強度的影響

玄武巖纖維摻量對混凝土抗壓強度的影響見圖2（a），玄武巖纖維摻量為0.6%時，混凝土的抗壓強度隨侵蝕時間的變化見圖2（b）。

圖2 玄武巖纖維摻量和侵蝕時間對混凝土抗壓強度的影響

由圖2（a）可知，當pH 值相同時，隨著玄武巖纖維摻量的增加，混凝土抗壓強度先提高后降低，當玄武巖纖維摻量為0.6%時，在不同pH 值溶液中的抗壓強度均最高。如在pH值=3 的酸性溶液中，玄武巖纖維摻量分別為0、0.6%、1.0%的混凝土抗壓強度分別為46.3、53.1、52.1 MPa。另外，當玄武巖纖維摻量相同時，隨著pH 值的增大，混凝土的抗壓強度先提高后降低，如當玄武巖纖維摻量為0.4%時，pH 值=3、7、11 環境下混凝土的抗壓強度分別為51.2、53.7、51.7 MPa。從抗壓強度方面考慮，本試驗中玄武巖纖維的最佳摻量為0.6%，混凝土所處的環境越中性越好。

由圖2（b）可知，當玄武巖纖維摻量為0.6%時，混凝土的抗壓強度隨著外界環境侵蝕時間延長而迅速降低。如在pH值=3 的酸性溶液中，侵蝕7、14、28、56 d 的混凝土抗壓強度分別為53.1、51.8、48.1、43.1 MPa。并且，隨著pH 值的增大，混凝土的抗壓強度先提高后降低。

2.3 玄武巖纖維對混凝土抗折強度的影響

玄武巖纖維摻量對混凝土抗折強度的影響見圖3（a），玄武巖纖維摻量為0.6%時，混凝土的抗折強度隨侵蝕時間的變化見圖3（b）。

圖3 玄武巖纖維摻量和侵蝕時間對混凝土抗折強度的影響

由圖3（a）可知，當pH 值相同時，隨著玄武巖纖維摻量的增加，混凝土抗折強度先提高后降低，當玄武巖纖維摻量為0.6%時，在不同pH 值溶液中的抗折強度均最高。如在pH值=3 的酸性溶液中，玄武巖纖維摻量分別為0、0.6%、1.0%的混凝土抗折強度分別為5.8、6.3、6.2 MPa。另外，當玄武巖纖維摻量相同時，隨著pH 值的增大，混凝土的抗折強度先提高后降低，如當玄武巖纖維摻量為0.4%時，pH 值=3、7、11 環境下混凝土的抗壓強度分別為6.2、6.5、6.2 MPa。從抗折強度方面考慮，本試驗中玄武巖纖維的最佳摻量為0.6%，混凝土所處的環境越中性越好。

由圖3（b）可知，當玄武巖纖維摻量為0.6%時，混凝土的抗折強度隨著外界環境侵蝕時間延長而迅速降低。如在pH值=3 的酸性溶液中，侵蝕7、14、28、56 d 的混凝土抗壓強度分別為6.3、6.1、5.8、5.3 MPa。并且，隨著pH 值的增大，混凝土的抗折強度先提高后降低。

2.4 微觀分析

玄武巖纖維摻量為0.6%時，在不同pH 值溶液中侵蝕7 d 后SEM 照片圖4。

圖4 玄武巖纖維摻量為0.6%的混凝土在不同pH 值溶液中侵蝕7 d 后SEM 照片

由圖4 可見，隨著溶液酸堿度的變化，混凝土的內部空隙也發生變化。當溶液呈中性時，混凝土的空隙較為密實，在堿性環境下混凝土密實度略好于酸性環境下混凝土的密實度。

3 結論

（1）當pH 值相同時，隨著玄武巖纖維摻量的增加，拌合物的坍落度逐漸減小；當玄武巖纖維摻量相同時，隨著pH 值的增大，拌合物的坍落度先減小后增大。

（2）當pH 值相同時，隨著玄武巖纖維摻量的增加，混凝土的抗壓和抗折強度均先提高后降低，當玄武巖纖維摻量為0.6%時，在不同pH 值溶液中混凝土的抗壓和抗折強度均最高；當纖維摻量相同時，隨著pH 值的增大，混凝土的抗壓和抗折強度先提高后降低。

（3）當玄武巖纖維摻量為0.6%時，混凝土的抗壓和抗折強度隨著酸堿環境侵蝕時間延長而迅速降低。