酸碱环境对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响

左颖

（江苏城乡建设职业学院，江苏 常州 213003）

混凝土力学性能直接关乎到土木工程领域的安全问题，因此提高和改善混凝土力学性能成为了研究热点。常通过往混凝土中掺入不同的掺合料[1-4]或纤维[5-6]提高混凝土的性能。不同的环境也会对混凝土的性能产生影响[7-10]。本文以玄武岩纤维作为增强材料，研究其掺量对混凝土坍落度、抗压和抗折强度的影响，进一步，调配不同的pH 值溶液，模拟分析混凝土在外界侵蚀环境下的性能演变规律，为今后复杂环境下混凝土设计提供参考。

1 试验

1.1 原材料

水泥：中山市南区恒发水泥有限公司生产的P·O52.5 水泥，主要化学成分见表1；硅灰：河北腾川矿产品贸易有限公司生产的硅灰，比表面积约为22 m2/g；砂：机制砂，细度模数2.8；石：粒径5～10 mm；玄武岩纤维：河北盛章节能科技有限公司提供，直径12 μm，长度10 mm，密度2.7 g/cm3；水：自来水。

表1 水泥的主要化学成分 %

1.2 试验方法

试验混凝土的基准配合比（kg/m3）为：m（水泥）∶m（硅灰）∶m（砂）∶m（石）∶m（水）=320∶35∶464∶928∶106，玄武岩纤维体积掺量分别为0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%。

根据GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 50081—2019《混凝土力学性能试验方法标准》进行坍落度、抗压和抗折强度测试。同时制备不同pH 值溶液（pH 值=3、7、11），其中酸环境由HCl 溶液进行调配得出，碱环境由NaOH 溶液进行调配得出，进而分析混凝土在不同的pH 值溶液（pH=3、7、11）及不同的侵蚀时间（7、14、28、56 d）中性能的变化情况。对于混凝土坍落度测试，将刚制备好的混凝土拌合物直接放置不同pH 值溶液中浸泡1 h后再进行坍落度测试；对于抗压和抗折强度测试，将制备好的混凝土试块放在标准养护室内养护28 d 后再在不同pH值溶液中浸泡一定时间后进行测试。抗压和抗折强度测试仪器为上海拓丰仪器科技有限公司生产的万能试验机，坍落度测试仪器为沧州科硕建筑仪器设备有限公司生产的坍落度测定仪。通过广东精谱实业有限公司生产的扫描电镜进行微观结构分析。

2 结果与讨论

2.1 玄武岩纤维掺量对拌合物坍落度的影响（见图1）

图1 纤维掺量对拌合物坍落度的影响

由图1 可知，当pH 值相同时，随着玄武岩纤维掺量的增加，拌合物的坍落度逐渐减小；玄武岩纤维掺量为0～0.6%时，坍落度的减小速率较大；而当玄武岩纤维掺量为0.6%～1.0%时，坍落度减小速率减缓。如在酸性环境下（pH 值=3），玄武岩纤维掺量分别为0、0.6%、1.0%的混凝土坍落度分别为72.3、63.4、62.7 mm。另外，当玄武岩纤维掺量相同时，随着pH 值的增大，拌合物的坍落度先减小后增大。如当玄武岩纤维掺量为0.4%时，pH 值=3、7、11 环境下拌合物的坍落度分别为66.8、62.4、65.4 mm。从坍落度方面考虑，本试验中玄武岩纤维的最佳掺量为0.6%，混凝土所处的环境越中性越好。

2.2 玄武岩纤维对混凝土抗压强度的影响

玄武岩纤维掺量对混凝土抗压强度的影响见图2（a），玄武岩纤维掺量为0.6%时，混凝土的抗压强度随侵蚀时间的变化见图2（b）。

图2 玄武岩纤维掺量和侵蚀时间对混凝土抗压强度的影响

由图2（a）可知，当pH 值相同时，随着玄武岩纤维掺量的增加，混凝土抗压强度先提高后降低，当玄武岩纤维掺量为0.6%时，在不同pH 值溶液中的抗压强度均最高。如在pH值=3 的酸性溶液中，玄武岩纤维掺量分别为0、0.6%、1.0%的混凝土抗压强度分别为46.3、53.1、52.1 MPa。另外，当玄武岩纤维掺量相同时，随着pH 值的增大，混凝土的抗压强度先提高后降低，如当玄武岩纤维掺量为0.4%时，pH 值=3、7、11 环境下混凝土的抗压强度分别为51.2、53.7、51.7 MPa。从抗压强度方面考虑，本试验中玄武岩纤维的最佳掺量为0.6%，混凝土所处的环境越中性越好。

由图2（b）可知，当玄武岩纤维掺量为0.6%时，混凝土的抗压强度随着外界环境侵蚀时间延长而迅速降低。如在pH值=3 的酸性溶液中，侵蚀7、14、28、56 d 的混凝土抗压强度分别为53.1、51.8、48.1、43.1 MPa。并且，随着pH 值的增大，混凝土的抗压强度先提高后降低。

2.3 玄武岩纤维对混凝土抗折强度的影响

玄武岩纤维掺量对混凝土抗折强度的影响见图3（a），玄武岩纤维掺量为0.6%时，混凝土的抗折强度随侵蚀时间的变化见图3（b）。

图3 玄武岩纤维掺量和侵蚀时间对混凝土抗折强度的影响

由图3（a）可知，当pH 值相同时，随着玄武岩纤维掺量的增加，混凝土抗折强度先提高后降低，当玄武岩纤维掺量为0.6%时，在不同pH 值溶液中的抗折强度均最高。如在pH值=3 的酸性溶液中，玄武岩纤维掺量分别为0、0.6%、1.0%的混凝土抗折强度分别为5.8、6.3、6.2 MPa。另外，当玄武岩纤维掺量相同时，随着pH 值的增大，混凝土的抗折强度先提高后降低，如当玄武岩纤维掺量为0.4%时，pH 值=3、7、11 环境下混凝土的抗压强度分别为6.2、6.5、6.2 MPa。从抗折强度方面考虑，本试验中玄武岩纤维的最佳掺量为0.6%，混凝土所处的环境越中性越好。

由图3（b）可知，当玄武岩纤维掺量为0.6%时，混凝土的抗折强度随着外界环境侵蚀时间延长而迅速降低。如在pH值=3 的酸性溶液中，侵蚀7、14、28、56 d 的混凝土抗压强度分别为6.3、6.1、5.8、5.3 MPa。并且，随着pH 值的增大，混凝土的抗折强度先提高后降低。

2.4 微观分析

玄武岩纤维掺量为0.6%时，在不同pH 值溶液中侵蚀7 d 后SEM 照片图4。

图4 玄武岩纤维掺量为0.6%的混凝土在不同pH 值溶液中侵蚀7 d 后SEM 照片

由图4 可见，随着溶液酸碱度的变化，混凝土的内部空隙也发生变化。当溶液呈中性时，混凝土的空隙较为密实，在碱性环境下混凝土密实度略好于酸性环境下混凝土的密实度。

3 结论

（1）当pH 值相同时，随着玄武岩纤维掺量的增加，拌合物的坍落度逐渐减小；当玄武岩纤维掺量相同时，随着pH 值的增大，拌合物的坍落度先减小后增大。

（2）当pH 值相同时，随着玄武岩纤维掺量的增加，混凝土的抗压和抗折强度均先提高后降低，当玄武岩纤维掺量为0.6%时，在不同pH 值溶液中混凝土的抗压和抗折强度均最高；当纤维掺量相同时，随着pH 值的增大，混凝土的抗压和抗折强度先提高后降低。

（3）当玄武岩纤维掺量为0.6%时，混凝土的抗压和抗折强度随着酸碱环境侵蚀时间延长而迅速降低。