火山灰水泥土抗侵蚀试验研究

韩国尧 康张伟 陈春伶 钟俊明 邓泳洋

（西安翻译学院，陕西 西安 710105）

1 试件制备

1.1 原材料及配合比设计

原材料：试验沙石，粗骨料为碎石，细骨料为原状土且在自然状态下呈软塑状态，水泥为掺有活性氧化硅、活性氧化铝的火山灰水泥。

配合比：此次实验设置三种混凝土级配：C25，C35，C45，主要配置指标及用量如表1、表2、表3。

表3 混凝土强度C25 主要配置指标

1.2 试件成型、养护及配置侵蚀溶液浓度

试件成型：所有混凝土坍落度均在55—70mm 的设计范围内，目测保水性较好。采用100mm*100mm*100mm 的模具进行制作，在充分振动，使之密实后进行养护。

试件养护：采用标准养护，在温度为20℃±5℃的环境中静置一昼夜至两昼夜，然后进行编号，拆模。拆模后继续自然养护。试件彼此间隔10～20mm，试件表面定期洒水并使其保持潮湿。

配置侵蚀溶液浓度[1]：本次侵蚀采用全浸泡的方式，则硫酸和氢氧化钠溶液的浓度配置如下表4

表4 混凝土强度C35 主要配置指标

表5 混凝土强度C45 主要配置指标

表6 侵蚀溶液配置表

1.3 全浸泡环境下酸侵蚀

准备火山灰混凝土三种不同级配各10 组进行实验，并设置10 组未侵蚀混凝土作为对照组。将养护成型的不同级配混凝土分别进行实验，均浸泡在配置好的酸性溶液中。浸泡时间均为20d，侵蚀充足时间以后取出风干后进行抗压破坏试验。

1.3.1 侵蚀不同强度混凝土破坏形式

取出在酸性条件下侵蚀后的火山灰混凝土，观察其表面，没有发现混凝土表面存在较大裂隙，方形火山灰混凝土棱角处存在轻微侵蚀，表面有微小的孔洞，并且出现了黄褐色的小麻点。

1.3.2 侵蚀机理

侵蚀后的火山灰混凝土底部观察到有少量白色附着物，初步判定是硫酸根离子与混凝土中的少许钙离子等其他杂质反应生成的。通过实验检测发现硫酸溶液中存在大量的硫酸根离子，而火山灰混凝土的主要成分为碳酸钙，则溶液中游离的钙离子和硫酸根离子发生化学反应，生成了极难溶于水的硫酸钙，也就是表面这些白色附着物[2]。硫酸根离子随着浸泡的时间增加，渗入火山灰混凝土的内部，导致游离的硫酸根离子与内部的钙离子发生反应，在内部生成了无凝胶作用的膨胀物质，改变了火山灰混凝土的结构成分，使混凝土从内部开始腐蚀，进而降低了内部结构的强度[3]。

1.4 全浸泡环境下氢氧化钠侵蚀

同样准备火山灰混凝土三种不同级配各10 组进行实验，并设置10 组未侵蚀混凝土作为对照组。将养护成型的不同级配混凝土分别进行实验，均浸泡在配置好的碱性溶液中。浸泡时间均为20d，侵蚀充足时间以后取出风干后进行抗压破坏试验。

1.4.1 浸湿不同强度混凝土破坏形式

将浸泡时间充足的火山灰混凝土从碱性溶液中取出，观察到在混凝土块的表面也存在有少量白色固体，在混凝土表面发现了大量的小孔，其棱角处存在轻微的腐蚀。

1.4.2 侵蚀机理

氢氧化钠是强碱，混凝土主要成分为碳酸钙，是弱碱盐。且碳酸钙在碱性溶液中不溶解，即不会水解出氢离子，无法和氢氧根离子反应。通过查阅资料，得知碳酸钙跟氢氧化钠不能反应；因为复分解发生的反应中 盐+碱=新盐+新碱 的条件下，反应物都可以溶于水，且反应后会有沉淀或难电离物生成。碳酸钙不溶于水的性质，导致不能以钙离子与碳酸根离子的形式在溶液中自由移动，即使在溶液中氢氧化钠以离子形式存在，但依然无法与碳酸钙发生反应，则混凝土表面白色沉淀是氢氧化钠与混凝土中其他反应物生成的沉淀。在内部结构中生成的无凝胶膨胀性物质，对混凝土造成了内部破坏，降低了其结构强度。

2 测试方法

2.1 强度测试（抗压强度实验）

将养护好的三种不同强度的火山灰混凝土对照组直接放入压力试验机，进行抗压实验，记录破坏前最大抗压强度值。实验组先进行溶液侵蚀浸泡，之后进行抗压实验。实验过程：在压力逐渐增大时，试件出现细小的裂纹，当压力增大到一定值时，试件形成大贯穿裂缝，最终试件被破坏。观察混凝土碎块并记录试件内部情况，便于实验结果的分析。

3 数据分析

通过对实验数据的整理，研究与讨论后,针对实验前提出的两个问题，即：1.制成的混凝土能否在特殊环境下使用？2.不同等级的火山灰水泥抵抗腐蚀的能力有何区别？进行解答。

在整理数据后，得到了不同强度等级侵蚀前后强度对比图如下：

图1 混凝土侵蚀前后强度对比图

图2 混凝土侵蚀前后强度对比图

图3 混凝土侵蚀前后强度对比图

从对比图可以清楚的反映出不同强度等级的火山灰水泥抵抗腐蚀的能力。

即抗腐蚀能力从大到小为：C45>C35>C25。

图4 不同强度混凝土抗压变化差值

通过对不同强度火山灰混凝土的侵蚀后，其强度差值变化如下图所示。

从上图分析得出，C45 级混凝土相较于其他两种级别的混凝土抗压强度变化更稳定，并且在经过腐蚀后，仍能呈现出不错的抗压能力。而C25 级混凝土抗压强度波动较大，说明在经过溶液侵蚀后，内外部均受到腐蚀，导致强度降低。

4 结论

本文通过侵蚀不同级配的火山灰混凝土并进行抗压强度试验，从数据中分析得出：制成的火山灰混凝土强度如果低于C35 级，在特殊环境下极容易遭到腐蚀，内部进而被破坏，不推荐在特殊环境下使用。强度高于C35 级的火山灰混凝土，由于自身强度高，则抗腐蚀能力较好，内部受到的破坏也较小，在特殊环境下能长时间保持良好性能。

在对掺有火山灰水泥的混凝土进行实验之后，从宏观角度分析，在不同的环境中，不同级配下的火山灰混凝土所呈现出的强度变化不同，火山灰混凝土在酸性环境下遭到破坏的程度是明显大于在碱性环境的。对于此类物理特性，可以将火山灰运用在筑路工程[4]，因其掺有火山灰水泥，抗压强度远高于普通混凝土。从火山灰水泥材料本身来说，也更符合当今社会要求的绿色长远发展战略[5]。在一些水利工程、港口、还有一些防护工程的建造中均可采用火山灰水泥，介于有优越于普通混凝土的化学物理性质使得火山灰混凝土在未来的各方面运用更加宽广。