玄武岩纤维对水泥砂体的抗氯盐侵蚀试验研究

玄武岩纤维对水泥砂体的抗氯盐侵蚀试验研究

0玄武岩纤维与水泥基的复合玄武岩纤维是一种新型、环保型的有机纤维材料，现在广泛应用于土木工程行业。玄武岩纤维和水泥基的复合可使水泥制品所固有的脆性问题得到改善而提高水泥基材料的性能。有研究表明:玄武岩纤维的掺入对水泥基材料自身存在的易收缩开裂,抗折、抗压强度低及韧性差等均有明显的改善作用。本研究主要通过试验,研究玄武岩纤维的掺入对混凝土构件在人工气候及弯曲荷载作用下抗氯盐侵蚀的效果。1试验设计1.1细度模数及养护水试验用水泥:钱潮32.5级复合硅酸盐水泥;粗骨料:最大粒径为40mm的碎石;细骨料:细度模数为2.5的中砂;拌合水和养护水:杭州当地自来水。所用玄武岩纤维为横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司的连续玄武岩纤维(无捻粗纱),单丝直径12~15μm,拉伸强度4100~4500MPa,密度2.8g/cm3。混凝土配合比,如表1所示。1.2混凝土梁的制作和养护本文试验设备为人工模拟气候环境试验室,室内尺寸为3500mm×4100mm×2000mm,可模拟7种人工环境。试验构件为钢筋混凝土梁,其尺寸为100mm×150mm×1100mm。试验梁底部配筋2准8的钢筋,架立筋为2准8的钢筋,箍筋为准6@150,混凝土保护层为25mm。试验梁采用两点加载法,具体加载位置见图1。所加荷载为混凝土梁实际开裂荷载的80%和50%。试验中采用5%的盐雾从上部向下喷洒,以达到加速腐蚀的效果。设置的喷雾腐蚀时间为2h,干燥腐蚀46h;按表2中的环境依次循环,即每经历4个气候环境即为一个大循环(8d,相当于自然时间1年)。根据上述混凝土配合比制作6根混凝土梁,编号分别为LB1,LB2,LB3,LC1,LC2,LC3。其中LB1,LB2,LB3为掺加体积掺量(与水泥体积比)0.1%,长度为15mm的玄武岩纤维混凝土梁;LC1,LC2,LC3为无纤维混凝土梁。试验梁LB1,LC1为不放入人工气候试验室的对比梁,在养护28d后就进行破坏试验。根据试验所得的开裂荷载,再按上述加载方法对剩余4根梁进行加载。所加荷载大小见表3。构件LB2,LB3,LC2,LC3养护28d,在放入人工气候试验室之前先对其侧面及两端涂抹环氧树脂进行隔离,上下表面不涂以作为腐蚀时氯离子的入侵面。4根梁在人工气候试验室内放置80d,即经历10个大循环。在浇筑混凝土梁的同时,对应是否掺加玄武岩纤维混凝土分别制作3个150mm×150mm×150mm立方体试件,以比较掺加纤维后混凝土抗压强度的变化。经28d标准养护后,按照规程测定,测得掺纤维混凝土标准抗压强度为20.1MPa,无纤维混凝为18.8MPa。掺加玄武岩纤维可提高混凝土的抗压强度。2自由氯离子浓度的测定为避免制作时材料不均匀等随机性影响,于纯弯段取得两个准30mm芯样,以其浓度的平均值进行分析。以上述LB2,LB3,LC2,LC3梁为分析对象,将混凝土芯样从外侧逐步向内侧,将混凝土芯样按2mm的规格,磨成粉末,磨取混凝土芯样前30mm的粉末,后置于烘箱内2h,取出冷却至室温待用。混凝土中自由氯离子浓度用美国Thermo720A酸度计测定。图2、3分别是梁LB2,LB3,LC2,LC3的受压区与受拉区混凝土中自由氯离子质量分数(占混凝土质量百分数)随深度的变化。由于该人工模拟气候环境试验室是从上向下喷雾,受压区处于上面,其混凝土中氯离子浓度绝对值高于只受盐雾腐蚀的受拉区。但在总体上,上述氯离子浓度随距离表面深度的增加而降低。3混凝土受拉区的氯离子浓度从图2、3可知,玄武岩纤维掺加梁对混凝土抗氯盐侵蚀具有良好的抵抗作用。4根试验梁所加荷载大小为LB2>LB3>LC2>LC3,从理论上分析,在受压区,荷载越大,使受压区混凝土密实,限制了混凝土的微裂缝的产生,从而导致氯离子侵蚀困难,在同一深度使氯离子浓度减小;在受拉区,混凝土受拉应力作用,荷载越大,混凝土受拉区越容易开裂,使氯离子侵蚀混凝土容易,从而在同一深度导致混凝土氯离子浓度增加。从图2可知,在混凝土受压区,掺加玄武岩纤维的混凝土梁中所占的氯离子浓度少于无纤维混凝土梁中的浓度。混凝土中氯离子浓度大小为LC3>LC2>LB3>LB2,且它们的各自峰值浓度分别为0.4013%,0.3734%,0.3247%,0.2557%。虽然掺加玄武岩纤维可使混凝土的抗压强度增加,但仍不足以弥补由所加荷载大小引起的差异。在混凝土受拉区,从图3可见,氯离子浓度大小为LB2>LC2>LC3>LB3,他们各自的峰值浓度分别为0.1973%,0.1839%,0.1325%,0.1766%。虽然LB3的峰值浓度比LC3大,但由于混凝土中大部分同一深度的氯离子浓度都是LB3小于LC3,因此仍可认为LC3的氯离子浓度比LB3的大。梁LB3所加荷载大于梁LC2和LC3,但在混凝土中所具有的氯离子浓度含量却低于梁LC2和LC3,因此说明,一定荷载条件下,在混凝土梁中掺加玄武岩纤维,可有效的抵抗氯离子的侵蚀。4抗氯盐侵蚀能力本文研究人工气候试验室的4根混凝土梁,对它们各自纯弯段混凝土芯样中所占有氯离子浓度进行分析,得出的主要结论:(1)相同构件,所受荷载越大,受压区混凝土氯离子浓度越小;受拉区氯离子浓度越大。(2)在一定荷载条件下,掺加玄武岩纤维混凝土梁比无纤维