硫酸盐侵蚀下水工混凝土耐腐蚀性及力学性能特征

鄢为星

（江西鸿溢水利工程有限公司，南昌 330000）

0 引 言

硫酸盐侵蚀是对混凝土危害最大的环境侵蚀，它渗入混凝土内部，使混凝土膨胀、开裂、剥落，如何防止混凝土受硫酸盐侵蚀破坏。针对此问题，学者们进行了多方面研究，甘磊等对硫酸盐溶液干湿循环作用下玄武岩纤维混凝土强度演化模型进行了研究，研究结果表明：在混凝土中适量掺入玄武岩纤维，可有效减缓渡槽受硫酸盐溶液干湿循环侵蚀的劣化进程；谢金东等对短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验进行了研究，研究结果表明：混凝土掺入适量的纤维，可提升混凝土的力学性能，过多掺入纤维能减小混凝土的力学性能；黄星通过对普通混凝土掺入玄武岩纤维的方式，在酸性环境下研究了混凝土的抗压强度，研究结果表明：普通混凝土中掺入0.2%的玄武岩纤维，可提升混凝土在酸性环境下的抗压强度和耐腐蚀性；王振山等通过耐腐蚀性能及力学性能试验，对玄武岩纤维混凝土进行了研究，研究结果表明：适量掺入玄武岩纤维能有效提高混凝土的抗裂性能,增加混凝土的耐腐蚀性；庞建勇等通过抗硫酸盐侵蚀试验，对玄武岩纤维混凝土的力学性能进行了研究，研究结果表明：随着侵蚀龄期的增加，侵蚀作用对混凝土的劈裂抗拉强度有较大影响[1-5]。

根据以上学者对玄武岩纤维混凝土的研究，文章总结了玄武岩纤维混凝土的耐腐蚀性和抗压强度性能。通过硫酸钠溶液模拟盐碱环境，对掺入了不同玄武岩纤维的混凝土，进行耐腐蚀和抗压强度试验，分析纤维混凝土的孔隙率变化、溶液中硫酸根离子浓度及混凝土的抗压强度。

1 项目缘由

为推动盐碱地综合开发，需在盐碱地内修建水工建筑物。因地处盐碱地区，对混凝土的耐腐蚀性和力学性能有较高的要求。对此文章制备了不同玄武岩纤维掺量混凝土，在硫酸钠溶液环境下模拟混凝土侵蚀试验，分析了混凝土的耐腐蚀性及抗压性能。

2 材料与方法

2.1 试验材料

本次试验以不掺玄武岩纤维的混凝土为基准混凝土，制作基准混凝土的材料为水泥、细骨料、粗骨料、水和减水剂。水泥为P.O42.5 普通硅酸盐水泥，细骨料为优质河砂，细度模数为27，粒径为0.25～0.5mm，粗骨料为花岗岩碎石，粒径为5～18mm，混凝土搅拌用水为生活用水，减水剂采用萘系减水剂。基准混凝土的配合比如表1 所示。

表1 基准混凝土配合比 kg/m3

文章设计5 种不同玄武岩纤维掺量的混凝土进行试验，纤维的物理性能如表2 所示。混凝土中玄武岩纤维掺量分别为0%，0.06%，0.12%，0.18%，0.30%。

表2 玄武岩纤维物理性能

2.2 试验方法

制备完成的混凝土试块为立方体，尺寸长×宽×高分别为150mm×150mm×150mm。将混凝土试块分为6 组，每组5 个，分别为不同玄武岩纤维掺量的混凝土试块。将制备完成的混凝土试块放入温度为20±2℃，湿度不低于95%的养护室进行养护，养护时间≥28d，养护完所后，再对混凝土试块进行检测，然后取检测合格的混凝土试块进行试验。将试块分成两组，一组放入水中，一组放入5%的硫酸钠溶液中，将混凝土放在水中和溶液中浸泡0d、35d、70d、100d 时，观察混凝土的腐蚀情况，并分别测量各混凝土试块的吸水率、被腐蚀后的孔隙率以及溶液中存在的硫酸根离子的浓度，同时对混凝土进行抗压强度试验，并记录试验数据。

3 试验结果与分析

3.1 混凝土的孔隙分析

在试验过程中，在规定的时间内对水和硫酸钠溶液中的混凝土试块的吸水率进行测量，并根据混凝土试块的吸水率数据，分析混凝土试块在水和硫酸钠溶液中的侵蚀情况，当混凝土试块受到不同侵蚀时，混凝土的吸水率将出现不同变化。试验测量了混凝土试块在水和溶液中的饱和质量，然后将饱和的混凝土取出烘干，再测量混凝土烘干后的质量，通过以下公式可得混凝土的吸水率：

式中：wa为混凝土的吸水率，m1为混凝土饱和时的质量，m2为混凝土干燥时的质量。根据上述公式，在0d、35d、70d、100d 时对混凝土的孔隙率进行测量，取3 组试验的平均值作为试验结果，以保证试验精确度。对浸泡在硫酸钠溶液中玄武岩纤维混凝土进行孔隙率测量，其测量数据如表3 所示。

表3 硫酸钠溶液中混凝土孔隙率 %

由表3 可知，普通混凝土的初始孔隙率为0.052%，在硫酸钠溶液中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率为0.067%，相较初始孔隙率增加了28.8%；将0.06%的玄武岩纤维掺入混凝土中，其初始孔隙率为0.05%，在硫酸钠溶液中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率为0.061%，相较初始孔隙率增加了22%；将0.12%的玄武岩纤维掺入混凝土中，其初始孔隙率为0.048%，在硫酸钠溶液中浸泡100d后，混凝土的孔隙率为0.055%，相较初始孔隙率增加了14.6%；将0.30%的玄武岩纤维掺入混凝土中，其初始孔隙率为0.052%，在硫酸钠溶液中浸泡100d 后，其孔隙率增加了34.6%。由此可知，当混凝土掺入0.12%的玄武岩纤维后，在硫酸钠溶液中的孔隙率最小，其被腐蚀破坏的程度越小。

根据测量数据，不同玄武岩纤维掺量混凝土在水中浸泡各时间点的孔隙率如表4 所示。

由表4 可知，普通混凝土的初始孔隙率为0.051%，在水中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率为0.056%，相较初始孔隙率增加了9.8%；将0.12%的玄武岩纤维掺入混凝土中，其初始孔隙率为0.047%，在水中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率为0.051%，相较初始孔隙率增加了8.5%；将0.3%的玄武岩纤维掺入混凝土中，其初始孔隙率为0.054%，在水中浸泡100d 后，混凝土的孔隙率为0.06%，相较初始孔隙率增加了11.1%。对比表3 混凝土在硫酸钠溶液中浸泡各时间点的孔隙率，浸泡在水中的孔隙率明显小于浸泡在硫酸钠溶液中孔隙率，随着浸泡时间的增加，混凝土在水中浸泡的孔隙率随着纤维掺量的增加，先增大再减小。玄武岩纤维掺量为0.12%的混凝土，在水中的孔隙率最小，其被腐蚀破坏的程度越小。

随着硫酸钠溶液浸泡时间增加，溶液中的玄武岩纤维混凝土孔隙率，均先减小再快速增大。纤维掺量为0.12%的混凝土在各时间点的孔隙率最小，纤维掺量为0.30%的混凝土在各时间点的孔隙率最大。在浸泡35d 后，普通混凝土与纤维掺量为0.12%的混凝土，其孔隙率变化基本一致。在0～100d 阶段，纤维掺量为0.12%的混凝土孔隙率最小，纤维掺量为0.30%的混凝土的孔隙率最大。

随着时间的增加，因浸泡在硫酸钠溶液中的混凝土，受到盐碱的腐蚀，在混凝土被腐蚀后，因腐蚀产生的微小物质充满了混凝土存在的细小孔隙，混凝土内部被填充后，原本松散的结构变得结实。但随着时间的增加，混凝土腐蚀后的产物逐渐增多，混凝土内部的孔隙开膨胀，达到一定程度后，混凝土开始产生裂缝，腐蚀后的产物越多，混凝土破坏越严重。

混凝土中掺入0.12%的纤维后，在硫酸钠溶液中和在水中浸泡的孔隙率，在0～35d 阶段，纤维掺量为0.12%的混凝土，在硫酸钠溶液中的孔隙率和在水中的孔隙率基本一致，在35～100d 阶段，硫酸钠溶液中的孔隙率较在水中的孔隙率快速增大。因混凝土在硫酸钠溶液中腐蚀的产物逐渐增多，其内部的孔隙也逐渐被填充，达到一定程度，混凝土因腐蚀产物膨胀而逐渐被破坏[6-7]。

3.2 硫酸根离子浓度分析

将浸泡在硫酸钠溶液中100d 的不同纤维含量玄武岩纤维混凝土进行切片，研碎后放入纯净水中，测量其硫酸根离子浓度。根据试验数据，混凝土的切片越厚，溶液中硫酸根离子的浓度越低，其中掺入了0.12%玄武岩纤维混凝土的硫酸根离子浓度变化最小，离子渗度速率最低，抗腐蚀性能力最强。玄武岩纤维掺量为0.30%的混凝土，硫酸根离子浓度变化最大，离子渗度速率最高，受腐蚀的情况越明显。由此可知，混凝土适当的掺入玄武岩纤维，能有效的增强混凝土的耐腐蚀性能。

3.3 混凝土的抗压强度

对浸泡在硫酸钠溶液中和水中100d 的玄武岩纤维混凝土进行抗压试验，根据试验数据，

当玄武岩纤维混凝土在硫酸钠溶液中浸泡100d 后，随着纤维掺量的增大，混凝土的极限承载力先增大再减小。其中纤维掺量为0.12%的混凝土承载力最大，最大值为500kN。纤维掺量为0.30%的混凝土承载力最小，最小值为360kN。由此可知，掺入了适量玄武岩纤维的混凝土，其抗压强度较普通混凝土大。

在相同纤维掺量条件下，在水中浸泡的混凝土其抗压强度均大于在硫酸钠溶液中浸泡的混凝土，在相同溶液环境中，纤维掺量为0.12%的混凝土承载力最大，相较于纤维掺量为0%的混凝土，其承载力提高了17%～25%。由此可知，掺入了适量玄武岩纤维的混凝土，其抗压强度较普通混凝土大。

4 结 论

文章对掺入了武岩纤维的混凝土进行了耐腐蚀试验及抗压强度试验，分析纤维混凝土的孔隙率变化、溶液中硫酸根离子浓度及混凝土的抗压强度，得到如下结论：

1）随着时间的增加，硫酸钠溶液和水中不同玄武岩纤维掺量的混凝土，孔隙率均先减小再增大。相同溶液环境条件下，纤维掺量为0.12%的混凝土的孔隙率最小，纤维掺量为0.30%的混凝土的孔隙率最大。

2）当混凝土切片厚度增大时，硫酸钠溶液中硫酸根离子浓度逐渐降低。其中0.12%纤维掺量混凝土的硫酸根离子浓度变化最小，掺量为0.30%的纤维混凝土，硫酸根离子浓度变化最大。混凝土适当掺入玄武岩纤维，能提高混凝土的耐腐蚀性能。

3）相同纤维掺量条件下，水中浸泡的混凝土抗压强度均大于在硫酸钠溶液中浸泡的混凝土，相同溶液环境中，纤维掺量为0.12%的混凝土承载力最大，纤维掺量为0.30%的混凝土承载力最小。