聚丙烯泡沫混凝土抗盐侵蚀性能.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 4.0 0 9聚丙烯泡沫混凝土抗盐侵蚀性能李素珠1,莫定聪2,郑智敏3,余 意2(1.仙游县建工投资集团有限公司,莆田3 5 1 2 0 0;2.武汉科技大学城市建设学院,武汉4 3 0 0 6 5;3.福建省凡士建设集团有限公司,莆田3 5 1 1 5 3)摘 要:为探究硫酸盐和氯离子环境下聚丙烯泡沫混凝土的抗侵蚀性能,对试件进行干湿循环试验和电通量试验来得到聚丙烯泡沫混凝土的质量和抗压耐蚀系数的变化规律,以及不同聚丙烯纤维掺量、纤维长度和粉煤灰掺量对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:在硫酸盐侵蚀下试件质量和抗压耐蚀系数均呈先升后降的变化趋势,且相对普通混凝土,变化速度更快,变化幅度更大。混凝土的质量和抗压强度上升幅度最大分别达到了9.4%和1 2.9 7%;下降幅度最大分别达到了-4.2 7%和-2 2.6 7%。聚丙烯泡沫混凝土的抗氯离子渗透性能水平较低,正交试验得出三个变量对混凝土抗氯离子渗透性能不利影响的显著度为:聚丙烯纤维掺量粉煤灰掺量聚丙烯纤维长度。关键词:聚丙烯纤维;泡沫混凝土;硫酸盐侵蚀;氯离子渗透S a l tC o r r o s i o nR e s i s t a n c eo fP o l y p r o p y l e n eF o a mC o n c r e t eL IS u-z h u1,MOD i n g-c o n g2,ZHENGZ h i-m i n3,Y UY i2(1.X i a n y o uC o u n t yC o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n gI n v e s t m e n tG r o u pC o,L t d,P u t i a n3 5 1 2 0 0,C h i n a;2.S c h o o l o fU r b a nC o n s t r u c t i o n,Wu h a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,Wu h a n4 3 0 0 6 5,C h i n a;3.F u j i a nV e r s a c eC o n s t r u c t i o nG r o u pC o,L t d,P u t i a n3 5 1 1 5 3,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t oe x p l o r e t h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fp o l y p r o p y l e n e f o a mc o n c r e t eu n d e r s u l f a t ea n dc h l o r i d e i o ne n v i r o n m e n t,d r yw e t c y c l e t e s t sa n de l e c t r i c f l u xt e s t sw e r ec a r r i e do u to nt h et e s tp i e c e st oo b t a i nt h ec h a n g e l a wo ft h eq u a l i t ya n dc o m p r e s s i v ec o r r o s i o nr e s i s t a n c ec o e f f i c i e n to fp o l y p r o p y l e n ef o a mc o n c r e t e,a sw e l l a st h e i n f l u e n c eo fd i f f e r e n tp o l y p r o p y l e n e f i b e r c o n t e n t,f i b e r l e n g t ha n df l ya s hc o n t e n to nt h ec h l o r i d e i o np e n e t r a t i o nr e s i s t a n c eo fc o n-c r e t e.T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eq u a l i t yo ft h es p e c i m e na n dt h ec o m p r e s s i v ec o r r o s i o nr e s i s t a n c ec o e f f i c i e n tb o t hi n-c r e a s e f i r s t a n dt h e nd e c r e a s eu n d e rs u l f a t ea t t a c k,a n dt h ec h a n g es p e e di sf a s t e ra n dt h ec h a n g er a n g ei sl a r g e rt h a nt h a to fo r d i n a r yc o n c r e t e.T h em a x i m u mi n c r e a s eo fc o n c r e t eq u a l i t ya n dc o m p r e s s i v es t r e n g t hr e a c h e d9.4%a n d1 2.9 7%r e s p e c t i v e l y.T h e l a r g e s t d r o pw a s-4.2 7%a n d-2 2.6 7%r e s p e c t i v e l y.T h e l e v e l o f c h l o r i d e i o np e r m e a b i l i t yr e s i s t a n c eo fp o l y p r o p y l e n e f o a mc o n c r e t e i sr e l a t i v e l yl o w.T h eo r t h o g o n a l t e s ts h o w st h a t t h es i g n i f i c a n c eo f t h ea d-v e r s ee f f e c t so f t h e t h r e ev a r i a b l e so nt h e c h l o r i d e i o np e r m e a b i l i t yr e s i s t a n c eo f c o n c r e t e i s:p o l y p r o p y l e n e f i b e r c o n t e n t f l ya s hc o n t e n t p o l y p r o p y l e n e f i b e r l e n g t h.K e yw o r d s:p o l y p r o p y l e n e f i b e r;f o a mc o n c r e t e;s u l f a t ea t t a c k;c h l o r i d e i o np e n e t r a t i o n收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 3.基金项目:福建省住建行业建设科技研究开发项目(2 0 2 2-K-1 8).作者简介:李素珠(1 9 8 0-),工程师.E-m a i l:3 3 9 1 4 9 7 0 0 3q q.c o m通讯作者:莫定聪(1 9 9 9-),硕士生.E-m a i l:8 3 6 9 5 8 4 1 1q q.c o m目前国家的战略是2 0 3 0年达到碳达峰,2 0 6 0年达到碳中和。建筑行业作为高能耗行业,建材的生产过程产生了大量的碳排放,节能减排也成为建筑行业的一大重点。这也促进了建筑行业环保节能的发展,使得泡沫混凝土这一特殊材料步入大家视野。与普通混凝土相比,泡沫混凝土具有保温隔热、填充压力小、施工便捷等多种优势,同时抗震性能也十分优异,这些优点使其能够被应用在诸多特殊工程方面并解决相关问题1,2。但是传统泡沫混凝土耐久性差、强度低、孔隙率高等缺点阻碍了其应用和发展3。83建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期纤维混凝土的现有研究表明,纤维的添加可以改善混凝土的耐久性能和力学性能4,并且还能抑制混凝土中裂缝的发展。如果能将纤维和泡沫混凝土结合到一起,有望改善泡沫混凝土强度低、耐久性差等缺点,同时不影响其抗盐侵蚀能力。那么泡沫混凝土的应用前景会更加广泛。参考现有研究成果可以得到,目前专家学者针对纤维泡沫混凝土的研究侧重于其物理力学性能5方面。当在西北盐渍土地区和沿海地区运用纤维泡沫混凝土时,其抗硫酸盐和氯盐侵蚀的能力是必须要考虑的,且目前纤维泡沫混凝土的耐久性方面研究较少,也没有相应的规范,故论文对此展开研究。1 试 验1.1 原材料水泥使用华新牌P O4 2.5级普通硅酸盐水泥。粉煤灰使用侯钢牌一级粉煤灰。发泡剂使用QW-1 0 0泡沫混凝土发泡剂,p H值在67之间,发泡倍数为2 0倍。聚丙烯纤维采用汇祥纤维生产的3mm、6mm、9mm聚丙烯纤维。纤维性能指标见表1。表1 纤维性能指标类型抗拉强度/MP a密度/(gc m-3)弹性模量/G P a直径/m伸长率/%束状单丝4 8 60.9 14.81 84 81 51.2 配合比参考文献6,7,确定以正交试验的方式,设计了3因素3水平的9组配合比,采用固定的水胶比0.4 5,制备密度为12 0 0k g/m3的试件。因素A为聚丙烯纤维掺量(体积分数)。因素B为聚丙烯纤维长度。因素C为粉煤灰掺量,粉煤灰的掺量为与总胶凝材料用量的质量比。正交试验见表2,配合比见表3。表2 正交试验组号123456789A/%0.50.50.51111.51.51.5B/mm366369369C/%4 04 55 04 55 04 05 04 04 5表3 试验配合比组号水泥/(k gm-3)纤维掺量/%纤维长度/mm粉煤灰/(k gm-3)水/(k gm-3)泡沫掺量/%16 0 04.5 534 0 04 5 02 4.3 125 5 04.5 564 5 04 5 02 3.9 435 0 04.5 595 0 04 5 02 3.5 845 5 09.1 034 5 04 5 02 3.9 455 0 09.1 065 0 04 5 02 3.5 866 0 09.1 094 0 04 5 02 4.3 175 0 01 3.6 535 0 04 5 02 3.5 886 0 01 3.6 564 0 04 5 02 4.3 195 5 01 3.6 594 5 04 5 02 3.9 41.3 试件制备参照规范8制作边长为1 0 0mm的立方体试件和直径1 0 0mm、高5 0mm的圆柱体试件。立方体试件标养2 6d后烘干2d,按照相应规范9进行抗硫酸盐侵蚀试验。共进行9 0次干湿循环,每1 5次循环后将试件取出,测量其质量及抗压强度。圆柱体试件标养2 8d后按照相应规范进行抗氯离子渗透试验,以电通量值来评价其抗氯离子渗透性能。1.4 试验方法1)抗硫酸盐侵蚀试验 将养护烘干冷却完毕后的试件放入干湿循环试验机,使用5%的硫酸钠溶液,溶液与试件的体积比在30.5。试验流程为浸泡(1 50.5)h,晾干1h,烘干5h,冷却2h,最后试件冷却完毕时,一次完整的干湿循环就完成了。一次循环的总时间为1d 1h。93建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期2)抗氯离子渗透试验 试验开始前将硅胶涂抹于圆柱体侧面,以保证氯离子只能从试件的上下部渗入试件。硅胶完全凝固后,对试件进行真空饱水处理。之后将试件放入耐热有机玻璃试验槽内,试件与试验槽之间密封。将摩尔浓度0.3m o l/L的N a OH溶液放入与正极连接的试验槽,将质量浓度3.0%的N a C l溶液放入与负极连接的试验槽。最后测量其电通量。2 结果与分析2.1 抗硫酸盐侵蚀结果主要测试试件的质量变化率和抗蚀系数,质量变化率根据式(1)计算。wn=mn-mm1 0 0%(1)式中,wn为n次循环后试件的质量变化率;m为未受到侵蚀时同一组试件的质量平均值;mn为n次循环后同一组试件的质量平均值。质量变化率折线图见图1。图1的9组试件的质量均出现上升和下降段,质量变化率最大达到9.4 0%,最小达到-4.2 7%。质量增长主要是试验过程中反应得到了难溶性产物并沉积在孔隙内部;质量下降则是由混凝土试块破损剥落和水化硅酸钙凝胶分解引起的。抗蚀系数根据式(2)计算。Kn=fnf1 0 0%(2)式中,Kn为n次循环后试件的抗压耐蚀系数;f为未受到侵蚀时同一组试件的抗压强度平均值;fn为n次循环后同一组试件的抗压强度平均值。抗蚀系数变化趋势图见图2。图2的9组试件的抗蚀系数均先升后降,强度最大提升达到1 2.9 7%,最大下降达到-2 2.6 7%。强度增长主要是聚丙烯泡沫混凝土多孔,反应得到了难溶性产物并沉淀在孔隙内部起到骨料作用;强度下降是由于超量的结晶带来过大的应力并引起裂缝的产生,裂缝的负面效果超过了沉淀的补强作用。2.2 抗氯离子渗透结果通过正交试验的极差分析和方差分析得到各因素不同水平对结果的影响,见表4。表4 电通量试验结果极差分析法计算表k1k2k3K1K2K3RA91 1 1.295 6 9.41 22 2 830 3 7.131 8 9.840 7 610 3 8.9B1 04 1 8.21 01 9 0.31 03 0 0.134 7 2.733 9 6.834 3 3.47 5.9C98 0 8.499 5 4.31 11 4 5.932 6 9.533 1 8.137 1 5.344 5.8 其中ki表示各因素第i水平的试验数据之和,Ki表示各因素第i水平的试验数据的平均值,R为Ki的极差。9组试件的电通量值均在25 0 045 0 0C范围之内,以普通混凝土的规范要求对聚丙烯泡沫混凝土进行评价,其抗氯离子渗透性能处于一个相对较低的等级水平。各因素对电通量的影响趋势见图3。结果表明对电通量影响程度排序为:聚丙烯纤维掺量粉煤灰掺量聚丙烯纤维长度。纤维掺量由水平1到2和水平2到3时,试件电通量分别增加了5.0 3%和2 7.7 8%。聚丙烯纤维的掺04建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期入改变了泡沫混凝土的孔隙结构和孔隙分布,纤维掺量提高会使得一部分封闭孔隙发生连通,导致氯离子渗透更加容易1 0。纤维长度由水平1到2和水平2到3时,试件电通量先减小2.1 9%,后增加1.0 8%,电通量变化幅度不大。由于3mm纤维过短,起到固结的效果较小,裂缝的增加使得氯离子容易渗透。9mm纤维过长,容易出现弯曲结团,同样使得混凝土内部缺陷增加。粉煤灰掺量由水平1到2和水平2到3时,试件电通量分别增加了1.4 9%和1 1.9 7%。粉煤灰的填充效应、形态效应和火山灰效应能够改善试件内部空间结构,填充微小空隙,但掺入粉煤灰过多后其改善能力变弱;同时水泥含量的减少使得试件出现裂缝的可能性增加,导致氯离子渗透更加容易。3 结 论a.聚丙烯泡沫混凝土在9 0次干湿循环中,其质量和抗压强度均呈现先升后降的变化趋势,且相对普通混凝土,变化速度更快,变化幅度更大。混凝土的质量和抗压强度上升幅度最大分别为9.4%和1 2.9 7%;下降幅度最大分别为-4.2 7%和-2 2.6 7%。b.结果表明聚丙烯泡沫混凝土的抗氯离子渗透性能一般,正交试验得出三个变量对降低混凝土抗氯离子渗透的显著度为:聚丙烯纤维掺量粉煤灰掺量聚丙烯纤维长度。合理的纤维长度能改善其抗氯离子渗透性能。研究结果中在抗氯离子渗透下应选择掺加0.5%的6mm聚丙烯纤维和4 0%粉煤灰的组合。参考文献1 李 天,王 智,周涛涛.泡沫混凝土的研究应用现状J.混凝土,2 0 1 9(1):2 6-2 9.2 宋安祥,郭远臣,王 雪,等.泡沫混凝土研究新进展与应用现状J.混凝土,2 0 1 8(9):1 5 2-1 5 6.3 宋 强,张 鹏,鲍玖文,等.泡沫混凝土的研究进展与应用J.硅酸盐学报,2 0 2 1,4 9(2):3 9 8-4 1 0.4 张 勤,解雨璇,顾仁杰,等.不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能J/O L.土木与环境工程学报(中英文):1-1 02 0 2 3-0 3-1 6.h t t p:/k n s.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/5 0.1 2 1 8.TU.2 0 2 2 0 6 1 5.1 4 1 0.0 0 2.h t m l5 王小娟,崔浩儒,周宏元,等.玄武岩纤维增强泡沫混凝土的单轴拉伸及准静态压缩性能J/O L.复合材料学报,D O I:1 0.1 3 8 0 1/j.c n k i.f h c l x b.2 0 2 2 0 4 2 2.0 0 1,2 0 2 2-1 1-1 9.6 陈炜一,樊 星,李 嵩,等.基于正交试验设计的大掺量粉煤灰混凝土配合比J.混凝土,2 0 2 2(8):1-5.7 J G J/T3 4 12 0 1 4,泡沫混凝土应用技术规程S.8 中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构试验方法标准:G B/T5 0 1 5 22 0 1 2S.北京:中国建筑工业出版社,9 G B/T5 0 0 8 22 0 0 9,普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准S.1 0姜天华,张秀成,卢旭刚,等.聚丙烯纤维混凝土抗盐雾循环腐蚀性能研究J.建筑结构,2 0 2 1,5 1(S 2):1 0 0 8-1 0 1.14建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期