硫酸盐侵蚀下PVA-FRCC强度劣化规律

刘艳芬赵晓明*

(内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特 010051)

刘艳芬赵晓明*

(内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特 010051)

研究了在硫酸钠溶液长期浸泡作用下聚乙烯醇纤维水泥基复合材料抗压强度的劣化规律，分析了不同纤维掺量对强度劣化的影响，结果表明在长期浸泡作用下，聚乙烯醇纤维水泥基复合材料在纤维掺量为1%时抗压强度劣化损失最小。

聚乙烯醇纤维，硫酸盐侵蚀，强度劣化

混凝土硫酸盐侵蚀破坏是混凝土耐久性研究的重要内容之一，它是一个十分复杂的物理化学力学变化过程，影响因素众多，危害性很大。盐渍土和海水都会含有一定量的硫酸根离子，通过多种途径进入水泥基材料内部，并与水泥水化产物发生化学反应或物理结晶析出，形成膨胀性产物，进而使材料产生膨胀、开裂、剥落等破坏，最终导致强度和整体性丧失[1]。纤维的使用可以有效地消除混凝土早期开裂、提高材料抗拉强度和延性、将混凝土材料的脆性破坏模式转化为延性破坏模式，纤维增强混凝土或纤维增强砂浆随着纤维生产技术的提高和外加剂产品性能的不断进步，在性能和应用上得到了长足发展。本文研究了在硫酸钠溶液侵蚀下聚乙烯醇纤维水泥基复合材料的强度变化规律。

1 实验

本实验试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。试件全部在实验室制备，标准养护室内养护28 d。养护完成后进行试验，侵蚀龄期从标准养护28 d后开始计算。聚乙烯醇纤维体积掺量分别取为0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%。实验配合比见表1。

长期浸泡在质量分数5%的硫酸钠溶液或水中浸泡14 d，为一个循环。干湿循环为质量分数5%的硫酸钠溶液或水中浸泡7 d，然后取出试件，擦干表面溶液，放置于自然环境中晾干7 d，为一个循环。试验用水箱置于室内环境中，试验过程中用塑料布对水箱进行密封，防止水分蒸发。为了保证溶液浓度不变，每2个循环(28 d)更换1次硫酸钠溶液。本试验最初设计为每两个循环检测1次，后来发现在短时间内没有明显的侵蚀现象，就延长为每7个循环检测1次。分别在2，4，11，18，25循环次数时，测试立方体抗压强度。

表1 实验配合比

2 实验分析

通过图1a)可以发现，在自然条件下，各种试件立方体抗压强度变化曲线的总趋势是增长的，其中F0，F0.5和F1试件抗压强度前期增长速度快，而后期增长较缓慢，F1.5和F2试件的强度增长较平缓。这是由于纤维掺量少时，试件的水化反应前期就基本完成，而纤维掺量大时，试件的水化反应逐渐进行。在自然条件下154 d时，F0，F0.5，F1，F1.5和F2试件的抗压强度分别上升为标养下抗压强度的26.5%，19%，37.6%，27%和31.9%，可以发现在自然条件下抗压强度增长幅度最大的是纤维掺量为1%的材料。还可以看出相同配合比的PVA-FRCC随着纤维掺量的增加，材料的立方体抗压强度随之降低。

从图1b)中可以看出，在整个实验过程中，各种试件抗压强度变化规律基本一致，包含两个阶段：诱导阶段和加速阶段[2]。PVA-FRCC的抗压强度在诱导期内慢慢增加，逐渐达到最大值，然后进入加速阶段，材料的抗压强度开始降低。各种试件进入加速阶段时间点不同，F0，F0.5和F1试件在第四循环时强度达到最大值，随后开始衰减。F1.5和F2试件在第11循环时强度达到最高峰，然后开始衰退，这说明纤维掺量为1.5%和2%时可以使硫酸钠侵蚀时的诱导阶段延长。

各种试件强度变化规律均是先增大后减小，这是由于前期水泥基材料水化反应并未完成仍在继续，同时硫酸钠与水泥水化产物反应生成的膨胀性侵蚀产物填充着材料中的孔隙，使得材料更加密实从而强度逐渐增长。而到后期随着硫酸钠溶液侵蚀的逐渐积累，侵蚀产物不断的填满孔隙，新生的侵蚀产物就产生了膨胀，随着膨胀力的增加形成了新的裂缝，进而发生胀裂破坏同时硫酸钠侵蚀向内部深入，达到一定程度时抗压强度就开始减小。F0,F0.5和F1试件在侵蚀天数为56 d时，抗压强度达到最大值，比标养下抗压强度分别增加了27.8%，28.9%，25.9%，可见增长幅度最大的是F0.5。在侵蚀350 d后，F0，F0.5和F1试件相比标养下抗压强度，分别减少了22.2%，13.5%和增长了3.1%，可见F1的抗硫酸盐性能优于F0和F0.5，而F0的性能最差。

F1.5和F2试件抗压强度变化也是先增大后减小，但与其他试件不同的是在侵蚀循环为第11循环时抗压强度达到最大值，而且变化趋势较平缓，比标养下抗压强度增加了14.1%和21%，可见增长幅度最大的是F2。在侵蚀循环为第25循环时，F1.5试件的抗压强度比标养下抗压强度减少了9.5%，而F2不变。综上所述，在硫酸盐侵蚀下，PVA-FRCC在纤维掺量为1%时，强度损失最小。

从图1b)中还可以看出，纤维掺量在不小于1%的材料，抗压强度在第二阶段变化幅度较小，而纤维掺量在小于1%的材料，在第二阶段变化幅度较大。这是由于纤维对水泥基材的增强作用，随着纤维掺量的增加，材料的抗裂性能随之增强，裂缝减少，从而缓减了硫酸根离子的侵入，同时纤维对已侵蚀的部分起到一定的约束作用，减少了起皮、掉角等侵蚀现象，这样也对未侵蚀的水泥基材料起到了保护作用。可见随着纤维掺量的增加，PVA-FRCC抗硫酸钠侵蚀的能力增强。但并不是纤维掺量越大PVA-FRCC的抗硫酸盐侵蚀能力越大，这是因为随着纤维掺量的增大，材料内部的气泡也增多，对硫酸根离子的侵入提供了有利条件，这就对制备大掺量PVA-FRCC的方法提出了更高的要求。通过以上的对比分析发现，PVA-FRCC在纤维掺量为1%时的抗硫酸钠侵蚀性能最优。

如图2所示为长期浸泡下纤维掺量对抗压强度影响对比图。从图中可以看出，在28 d标准养护后，PVA-FRCC的立方体抗压强度是随着纤维掺量的增大而减小。在第11次循环结束后，各种试件的抗压强度与标养相比，均是增大，这表明硫酸根离子对试件的侵蚀作用在初期表现为增加强度；除纤维掺量为0.5%的试件外，其余试件的抗压强度均随着纤维掺量的增大而减小，表明侵蚀劣化影响开始表现出来。在第25次循环结束后，纤维掺量为0%,0.5%和1.5% 试件的抗压强度与标养相比均减小，而1%的增大，2%的不变，表明纤维掺量为1%的PVA-FRCC的抗硫酸钠侵蚀效果最好。

3 结语

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料是一种新型水泥基复合材料，该材料在拉伸、弯曲、压缩等力学性能方面表现出良好的韧性和优异的裂缝控制能力[3-5]。本实验研究了聚乙烯醇纤维水泥基复合材料在长期浸泡作用下的抗压强度劣化规律，结果表明纤维掺量为1%时抗压强度劣化损失最小。

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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

刘艳芬(1963- )，女，工程师

赵晓明(1985- )，男，工程师

1009-6825(2015)14-0113-03

TU433