粉煤灰掺量对聚丙烯纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

牛欣欣

摘      要：为了研究粉煤灰掺量对聚丙烯纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响，采用掺量为0%，15%和30%的粉煤灰代替水泥材料，并设定1、2、3、4、5个月对混凝土进行侵蚀;采用TYE-2000型试验机研究了硫酸盐自然浸泡和干湿循环侵蚀环境下聚丙烯纤维混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度的变化规律。最终得出当粉煤灰的最佳掺量为15%综合性能最优，进而为工程实践提供了数据参考。

关  键  词：聚丙烯纤维混凝土;粉煤灰;力学性能;自然浸泡侵蚀环境;干湿循环侵蚀环境

中图分类号：TQ 016.5       文献标识码： A       文章编号： 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

混凝土是生產制造中不可缺少的一种材料，具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点[1]。但是目前的研究表明，混凝土的耐腐蚀性并不能很好的满足当前的建造需求，当遭到硫酸盐等腐蚀时会降低其强度，影响建筑质量。

粉煤灰属于火山灰质材料，本身胶凝性能较差，但是在常温下有水存在时，粉煤灰可以与混凝土中物质的进行二次反应，生成难溶于水的水化硅酸钙凝胶，这样不仅降低了溶出的可能，也填充了混凝土内部的孔隙，对混凝土强度和抗渗性都有提高作用。随着粉煤灰等固体废弃物的回收利用技术的不断成熟，发现在混凝土中加入一定量的粉煤灰可以避免强度降低情况的发生[2]。目前的研究工作主要聚集于掺入粉煤灰之后的混凝土的正常环境下的强度进行分析，但是在工程上混凝土会遭到环境腐蚀，因此对于腐蚀环境下的混凝土力学性能的研究至关重要。

从环境和效益角度而言，粉煤灰的回收利用符合工业发展需求，能够大量减少固体废弃物的堆放量，达到节约能源、保护环境的目的。粉煤灰的综合利用，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策及解决我国电力生产环境污染、资源缺乏之间矛盾的重要手段。同时对于粉煤灰混凝土的开发利用不仅能够产生非常可观的经济和社会效益，而且符合当前中国可持续发展的理念[2]。

1  试验材料

1.1  聚丙烯纤维

聚丙烯纤维体积率水平：1 kg/m3，长度为12 mm。掺加聚丙烯纤维可以阻止和延缓裂缝的扩展，具体的物理参数[3]如表1所示。

1.2  粉煤灰

掺杂粉煤灰的目的是降低腐蚀前期造成的水化热，防止因为水化热过高而造成强度降低的情况。粉煤灰在混凝土的抗硫酸盐性方面起到了至关重要的作用，并能增强自身强度[4]。粉煤灰是硅、铝以及其他元素的燃烧产物，呈细灰状。具体的技术指标见表2[5]。

2  试验方法设计

实验目的是为了探索当混凝土中聚丙烯纤维含量为1 kg/m3时的聚丙烯纤维混凝土基本力学性能。设定的实验组为：

粉煤灰掺量：0%、15%以及30%;

侵蚀条件：自然浸泡和干湿循环浸泡;

侵蚀时间：1、2、3、4、5个月。

实验内容主要分为以下两个方面[6]：

基础力学性能实验：包括自然侵蚀条件下的试件的抗压强度和劈裂抗拉强度。

压力试验：硫酸盐干湿循环环境下侵蚀粉煤灰混凝土，测定不同试件的的抗压强度。

3  试验结果和分析

3.1  抗压强度试验

通过TYE-2000测试仪，对试件进行抗压实验。试验机的主要参数[7]如表4所示。

由于机器量程单位为kN，因此需要根据实验结果对抗压强度进行换算，具体的换算公式为：

由图1可得，随着浸蚀时间的增加，试件的抗压强度逐渐下降。在自然浸泡硫酸盐侵蚀条件下，整体侵蚀过程中存在最佳的粉煤灰的掺量：当粉煤灰掺量为15%时，试件的强度明显的大于0%和30%时的抗压强度;粉煤灰掺量为30%时，聚丙烯纤维混凝土试件也比未掺加粉煤灰的试件强度大。从曲线的走向来说，浸泡时间和抗压强度来说整体呈下降趋势，因此在现场工程来说，应该避免混凝土的腐蚀。

3.1.2  干湿循环侵蚀环境下试验结果及分析

从图2可以看出，随着侵蚀循环时间的不断增加，试件的抗压强度逐渐下降。当粉煤灰含量为15%时，聚丙烯纤维混凝土试件的强度大于其他两种试件;当粉煤灰含量为30%时，聚丙烯纤维混凝土试样与无粉煤灰的试样相比也较强。因此，含粉煤灰的聚丙烯纤维混凝土试样比掺入加粉煤灰的试样更能抵抗硫酸盐侵蚀。当粉煤灰含量达到15%时效果最佳。

加入适量的粉煤灰可以使其在混凝土试样内均匀扩散，提高混合物的可加工性和抗裂性，以承受更大的外部载荷[9]。同样也可将适量的粉煤灰添加到聚丙烯纤维混凝土样品中以减少混凝土中的水泥用量，使聚丙烯纤维混凝土试件的耐硫酸盐性得到改善，耐久性持续增强。

综合考虑，当处于硫酸盐湿干循环侵蚀条件中，粉煤灰最优掺量为15%。此时混凝土试件的抗压强度最大，经济效益和社会效益明显[10]。

3.2  劈裂抗拉强度试验

对试件进行混凝土试件劈裂抗拉强度实验，数据试验结果如图3所示。

从图3可以得出：随着浸泡时间的增加，三个试件的抗拉强度整体都呈下降趋势，但是在粉煤灰掺量为0%时，没有上升的趋势;掺加粉煤灰的试样先上升后降低，当侵蚀1个月时，劈裂抗拉强度达到最大，因此在实际工程中，可以考慮通过适量的腐蚀来达到增强抗拉强度的目的[11]。但是，掺加粉煤灰的试样的劈裂抗拉强度始终大于未掺加的试件。

4  结 论

试验过程以粉煤灰和硫酸盐侵蚀时间的变化量为研究对象，对混凝土试件的抗压强度和劈裂抗拉强度进行基本力学性能试验，得出如下结论：

（1）硫酸盐自然浸泡状态下聚丙烯纤维混凝土的抗腐蚀性，其抗压强度随时间逐渐降低。粉煤灰掺量在15%时，抗压/强度呈下降趋势，但是相对于未掺加粉煤灰以及掺量在30%的混凝土试件的抗压强度都较高。在后两种情况下，粉煤灰含量为30%的混凝土试件具有较高的强度。

（2）聚丙烯纤维混凝土在硫酸盐自然浸泡状态下的抗侵蚀性能逐渐降低了劈裂抗拉强度随时间的变化。粉煤灰掺量在15%时，劈裂抗拉强度仍旧呈下降趋势，但是，劈裂抗拉强度高于未掺加粉煤灰和粉煤灰掺量为30%混凝土试件。

（3）聚丙烯纤维混凝土在干湿硫酸盐状态下的抗压强度随着时间的增加逐渐降低。粉煤灰掺量在15%时，抗压强度也呈下降趋势，然而，相对于未掺加粉煤灰以及掺量为30%的混凝土试件的抗压强度仍旧较高。

（4）结合自然浸泡侵蚀，干循环侵蚀试验过程，试件的基本力学性能受到硫酸盐侵蚀时会减弱。将粉煤灰添加到聚丙烯纤维混凝土试样中将改善其抗侵蚀性能。试样的力学性能处于最佳状态，因此15%的粉煤灰含量是最佳的剂量。

参考文献：

[1] 朱敬斌. 聚丙烯纤维粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验研究[D]. 安徽理工大学， 2017.

[2] 黄维蓉， 张淑林， 黄星. 多元掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验研究[J]. 混凝土， 2011（9）：64-67.

[3] 黄国栋. 混杂纤维混凝土抗硫酸盐和氯盐侵蚀性能的试验研究[D]. 安徽理工大学， 2010.

[4]严海彬. 硫酸盐侵蚀及干湿循环条件下改善混凝土耐久性的措施研究[D]. 重庆交通大学， 2010.

[5]王学志， 贺晶晶， 邹浩飞，等. 玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土硫酸盐腐蚀试验研究[J]. 混凝土与水泥制品， 2014（5）：50-54.

[6]田晓宇， 白英， 杨晨晨，等. 受损轻骨料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能[J]. 硅酸盐通报， 2015， 34（12）：3726-3730.

[7]苏建彪， 唐新军， 刘向楠，等. 水胶比及粉煤灰掺量对混凝土抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀性能的影响[J]. 粉煤灰综合利用， 2014（5）：30-32.

[8] 钟海明. 荷载—干湿循环作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究[D].广州大学， 2012.

[9]孙补， 陈瑜， 李卫东，等. 聚丙烯纤维对粉煤灰混凝土的抗裂性试验研究[J]. 工业建筑， 2007， 37（s1）：1027-1029.

[10] 焦楚杰， 余其俊. 粉煤灰对轻骨料混凝土抗硫酸盐腐蚀的影响[J]. 混凝土， 2014（2）：54-56.

[11]宋德军. 不同外加剂对混凝土性能影响研究[J]. 当代化工， 2017（5）：817-820.