短切玄武岩纤维混凝土构件抗氯盐侵蚀试验.pdf

2 0 1 1年 第 1期 (总 第 2 5 5 期 ) Nu mb e rl i n2 0l 1 ( To t a l No 2 5 5) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORETI CAL R ES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 1 0 0 4 短切玄武岩纤维混凝土构件抗氯盐侵蚀试验 刘华挺 ，张俊芝 ，傅招旗 ，周胜兵 ( 浙江工业 大学 建筑工程学 院，浙江 杭州 3 1 0 0 1 4 ) 摘要： 通过设计的人工气候环境下的混凝土侵蚀试验， 分析了弯曲荷载作用下掺玄武岩纤维梁和无纤维梁混凝土中氯离子浓度分布。 结论表明 ： 掺 加玄武岩纤维后 ， 纯弯段混凝土中的氯离子浓度降低 。 关键词 ： 短切玄武岩纤维 ；混凝土构件 ；弯曲荷载 ；氯离子 中图分类号 ： T U5 2 8 5 7 2 文献标志码 ： A 文章编 号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) O l 一 0 0 1 4 0 2 Ex pe r i me n t 011 c on c r e t e e l eme nt s f or c h l o r i d e e r os i on of ch oppe d ba s aR f i b er LI U Hu a ri n g， ZHANG J an - z h i ， F U Z h a o q i ， ZHOU S h e n g b n g ( C o l l e g e o f Ar c h it e c t u r e&C i v i l E n g i n e e r in g ， Z h e j i a n gU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 4， C h in a ) Abs t r a c t ： Ac c o r d i n g t o a e r o s i o n t e s t f o r c o n c r e t e d i f f u s i o n u n d e r d e s i g n e d ma n u a l c l i m a t e e n v i r o n m e n t ， c h l o rin e i o n c o n c e n t r a t io n d i s t r i b u t i o n o fb a s a l t fib e r b e a m a n d b e am wi t h o u t fib e r o n t h e fle x u r a l l o a d i n g a r e an a l y z e d Ana l y s i s r e s u l t s s h o w t h a t t h e ba s a l t fib e r b e am i n t h e p u r e fle x u ml r e g i o n wi l l d e c r e a s e t h e c h l o rid e i o n c o nc e n t r a t i o n i n c o n c r e m Kmwor ds ： c h o p p e d b a s a l t fib e r ； c o n c r e t e e l e me n t ； fle x u r a l l o a d i n g； c h l o rid e i o n 0 引言 玄武岩纤维是一种新型的环保型无机纤维材料 ， 目前在 土木工程领域已经得到较广泛的应用。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 I _ 。 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 明显的改善作用口 1 。 本研究主要通过试验 ， 研究玄武岩纤维的 掺人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 试验原材料 试验用水泥 ： 钱潮 3 2 5 级复合硅酸盐水泥 ； 粗骨料 ： 最大粒 径为 4 0 fi l m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 l 2 1 5 m， 拉伸强 度 4 1 0 0 - -4 5 0 0MP a ， 密度 2 8 g c m 。 混凝土配合比， 如表 1 所示。 表 1 混凝土配合比 编号 水灰 比 水泥 ( k g m ) 粗骨料 ( k g m ) 砂 ( k g m ) 水 ( k g m ) A l 06 31 7 1 26 9 5 9 7 1 9 O 1 2 试验 方法 本文试验设备为人工模拟气候环境试验室 ， 室内尺寸为 3 5 0 0 m mx 4 1 0 0 mmx 2 0 0 0 n L r n ， 可模拟 7种人工环境。 试验构件为钢筋混凝土粱 ， 其尺寸为 1 O 0 mmx 1 5 0 ml T i X l 1 0 0 n l i n 。 试验梁底部配筋 2 + 8的钢筋， 架立筋为2 + 8的钢筋， 箍筋为 6 1 5 0 ， 混凝土保护层为 2 5 mm。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 8 O 和 5 0 。 I i i l 0 0 2 o 。 I o 0 。 1 l 00 图 1 试验梁的加载位置图( 单位 ： mm) 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 2 h ， 干燥腐蚀 4 6 h ； 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( 8 d ， 相 当于 自然时间 1 年 ) 。 表 2 人工腐蚀环境设计参数( 温度与相对湿度 ) 根据上述混凝土配合比制作 6 根混凝土梁， 编号分别为L B 1 ， L B 2 ， L B3 ， L C1 ， L C 2 ， L C 3 。 其中L B1 ， L B 2 ， L B 3 为掺加体积掺量 ( 与水泥体积比) 0 1 ， 长度为 1 5 mm的玄武岩纤维混凝土梁； L C1 ， L C 2 ， L C 3为无纤维混凝土粱。 试验梁 L B1 ， L C 1 为不放人人 工气候试验室的对比梁， 在养护 2 8 d 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 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 8 - 2 7 基金项 目：水利部公益性行业科研专项经费项 目( 2 0 0 9 0 1 0 6 5 ) ； 国家 自然科学基金项 目( 5 0 8 7 9 0 7 9 ) l 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 加荷载大小见表 3 。 表3 混凝土构件所加荷载值 构件 L B 2 ， L B 3 ， L C 2 ， L C 3 养护 2 8 d ， 在放人人工气候试验 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 8 0d ， 即经历 1 0 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 1 5 0 m mx l 5 0 mmx l 5 0 mr t l 立方体试件， 以比较掺 加纤维后混凝土抗压强度的变化 。 经2 8 d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 2 0 1 MP a ， 无纤维混凝为 1 8 8 MP a 。 掺加玄武岩纤 维可提高混凝土的抗压强度。 2 混凝土中氯离子浓度分布 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 3 O mi l l 芯样， 以其浓度的平均值进行分析。 以上述 L B 2 ， L B 3 ， L C 2 ， L C 3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 2 l l l m的规格， 磨成粉末， 磨取混凝土芯样前 3 0 ton i 的粉末， 后置于烘箱内2 h ， 取出冷却至室温待用。 混凝土中自由 氯离子浓度用美 国 T h e r mo 7 2 0 A酸度计测定阁 。 图 2 、 3分别是梁 L B 2 ， L B 3 ， L C 2 ， L C 3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。 芒 辍 咖 越 键 撅 琶 辍 蛐 越 备 撅 0 4 0 0 3 5 O 3 O O 2 5 0 20 0 1 5 0 1 0 O O 5 O - o -L B 2 距 离表面深度 r a m 图 2 0 2 O r 1 5 l 0 0 5 6 1 0 l 4 1 8 2 2 2 6 3 0 距 离表面深 度 ra m 梁受压区混凝土氯离子质量分数 o L B 2 梁纯弯段受拉 L B 3 梁纯弯段受拉 十L c 2 梁 纯弯段 受拉 * 一 L c 3 梁纯弯段 受拉 0 2 6 l O 1 4 l 8 2 2 2 6 3 O 距 离表面深 度 ra m 圈3 梁受拉区混凝土氯离子质量分数 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 试验结果及分析 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L B 2 L B 3 L C 2 L C 3 ， 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粱中的浓度。 混凝土中氯离子浓度大小为 L C 3 L C 2 L B 3 L B 2 ， 且它们的各 自峰值浓度分别为 0 4 0 1 3 ， 0 3 7 3 4 ， 0 3 2 4 7 ， 0 2 5 5 7 。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L B 2 L C 2 L C 3 L B 3 ， 他们各自的峰值浓度分别为0 1 9 7 3 0 0 ， 0 1 8 3 9 ， 0 1 3 2 5 0 0 ， 0 1 7 6 6 。 虽然 L B 3的峰值浓度比L C 3大， 但由于混凝土中大部分同一深 度的氯离子浓度都是 L B 3 小于 L C 3 ， 因此仍可认为 L C 3的氯离 子浓度比L B 3的大。 梁 L B 3所加荷载大于梁 L C 2和L C 3 ， 但在 混凝土中所具有的氯离子浓度含量却低于梁 L C 2和 L C 3 ， 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结论 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 维混凝土梁具有更好的抗氯盐侵蚀能力。 ( 3 ) 在受拉区， 掺加玄武岩纤维混凝土梁所受荷载超过无 纤维混凝土梁一定程度时， 掺纤维所增强的抗氯盐侵蚀性将弥 补不了所加荷载带来的影响， 使高荷载水平下掺纤维梁的抗侵 蚀能力低于低荷载水平下的无纤维混凝土梁。 参考文献 ： 【 1 】谢尔盖， 纤维复合材料， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 2 ) ： 4 2 _ 4 6 2 】2 胡显奇， 申屠年 连续玄武岩纤维在军工及民用领域的应用J 】 高科 技纤维与应用， 2 0 0 5 ， 3 0 ( 6 ) ： 7 - 1 2 【 3 3 杨帆， 卢哲安， 颜岩 ， 等 玄武岩纤维增强水泥基材料的物理力学性 能试验研究 J 】 混凝土， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 5 1 5 3 【 4 D I J T 5 1 5 0 - - 2 0 0 1 ， 水工混凝土试验规程 s 】 北京： 中国电力出版社 ， 2 0 0 2 5 】J o n g s u n g S i re。 C h e o l w o o P a r k ， D o Y o u n g Mo o n C h a r a c t e r i s t i c s o f b a s a l t fi b e r a s a s t r e n g t h e n i n g ma t e r i a l f o r c o n c r e t e s t mc t u r e s C o m p o s i t e s ， p a r t B： e n g i n e e r i n g ， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 2 ) ： 5 0 4 5 1 2 6 】F L U G E EMa r i n e c h l o ri d e s - A p r o b a b i l i s t i e a p p r o a c h t o d e ri v e p rov i s i o n f o r E N 2 0 6 1 R Wo r k s h o p o n S e r v i c e L i f e D e s i g n o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s f r o m T h e o r y t o S ta n d a r d i z a t i o n ， T r o ms ， N o r w a y ， J u n e 2 0 0 1 【 7 张俊芝， 王梁英， 周建民， 等人工气候环境下混凝土氯离子扩散试 验J 混凝土， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 3 9 - 4 1 【 8 】 周建民 既有混凝土及构件的氯盐侵蚀模拟试验研究【 D 】 杭州： 浙江 工业大学， 2 0 0 9 作者简介： 刘华挺( 1 9 8 5 一 ) ， 男， 硕士研究生。 单位地址： 浙江杭州市潮王路 1 8 号 浙江工业大学研4 8 1 信箱0mo 1 4 ) 联系电话 ： 1 3 5 8 8 4 4 0 1 5 6 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m