0引言
硫酸盐侵蚀破坏是水泥基材料受环境因素作用而发生损伤累积破坏的重要形式[1].硫酸盐侵蚀作用包括物理侵蚀和化学侵蚀二个方面[2],主要原因是由于硫酸根离子和水泥的水化产物发生反应，产生膨胀性物质使水泥基材料损伤开裂，最终因强度丧失而发生破坏[3].根据相关调查，我国西部地区存在大量盐碱地区，硫酸盐侵蚀导致一些混凝土管道、基础、涵洞以及水电工程等发生腐蚀破坏[4].在实际工程中，特别是水工和海工结构中混凝土经常处于干湿交替和硫酸盐共同作用的侵蚀环境。王海龙等[5~6]的研究表明，干湿循环作用下有害离子在混凝土中的侵蚀速度明显加快；干湿交替环境下混凝土抗压强度的经时变化规律呈现先增大后减小的二阶段变化模式。高润东等[7]研究结果表明，混凝土在湿状态下受损原因为钙矾石、石膏等膨胀性侵蚀产物的产生，干状态下是由于硫酸盐结晶的产生，这些损伤循环进行并积累。
Silderis等[8]研究表明掺30%粉煤灰能提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。PVA-FRCC是一种新型水泥基复合材料，其优异的裂缝控制能力以及在拉伸、弯曲、压缩等力学性能方面表现出良好的韧性[9-11],进而提高了材料的抗侵蚀性能。本文研究了干湿循环作用下纤维掺量和粉煤灰掺量对PVA-FRCC宏观特性和微观结构的影响。
1试验概况
1.1配合比和试验方法
本试验的试件采用100mm×100mm×100mm立方体，干湿循环方法：将试块浸泡于5%的硫酸钠溶液中，并使溶液液面超过试块上表面不小于5cm,浸泡7天后，取出试件，放置于自然环境中晾干7天，为一个周期。每两个周期更换一次溶液，在2、4、11、15、18、22、25周期结束后对试块进行质量变化检测。在2、4、11、18、25周期结束后，进行抗压强度测试。在25周期结束后，进行微观结构检测。
1.2抗侵蚀性能评价指标
本文采用质量变化率和剩余抗压强度比率指标进行PVA-FRCC抗硫酸盐侵蚀性能评价，质量变化率按式（1）计算，剩余抗压强度比率按式（2）计算。
式中：
β为试件某一龄期质量变化率，取三个试件的平均值；M1为试件试验前基准质量，kg;M2为试件某一龄期质量，kg;
式中：
α为试件某一龄期剩余抗压强度比率；R1为28天标准养护龄期试件的抗压强度值，Mpa;R2为试件在某一龄期的抗压强度，Mpa.
2试验结果分析
2.1质量变化
如图1所示为干湿循环作用下，纤维掺量对PVA-FRCC的质量变化影响。由图可知，随纤维掺量的增加，PVA-FRCC质量变化率的增幅变大。当纤维掺量为0%时，质量变化率的变化趋势为先增加后减小。当纤维掺量为0.5%~1%时，质量变化率为一直增加，但后期增幅平缓，前期质量增加的主要原因为PVA-FRCC的水化产物与侵蚀溶液中的硫酸根离子反应，生成膨胀性侵蚀产物钙矾石，填充了材料内部孔隙，使得质量增加；而后期质量增加缓慢或开始下降，是由于在反应过程中氢氧化钙（CH）和水化硅酸钙（C-S-H）等组分溶出和分解，或是受侵蚀层的剥落等原因造成质量损失。当纤维掺量为1%~2%时，质量变化率为一直增加，后期增幅明显，这是由于PVA纤维掺量大对水泥基材的约束能力越强，有效的抑制了材料的受蚀损伤。由于试验周期还不够长，纤维掺量1.5%~2%的PVA-FRCC质量变化还是持续增加的趋势。
如图2所示为干湿循环作用下，粉煤灰掺量对PVA-FRCC的质量变化影响。由图可知，各试件的质量变化的趋势均为增加，表现出的规律为随着粉煤灰掺量的增加，其增加的幅度相应减小，在25个干湿循环后，FA1试件的增幅较F1.5小，FA3次之，FA5最小，主要原因是粉煤灰的掺入减少了水泥用量，使得侵蚀产物钙矾石减少，进而减少了受侵蚀层的剥落造成的质量损失；粉煤灰的掺入减少了由于CH和C-S-H等组分溶出和分解造成的质量损失；粉煤灰的二次水化作用，有效的延缓了侵蚀速度。基于上述因素的影响，粉煤灰掺量在50%之内时，PVA-FRCC的抗硫酸盐侵蚀性能随掺量的增大而更优。
2.2剩余抗压强度比率
如图3所示为干湿循环作用下，纤维掺量对PVA-FRCC抗压强度变化影响。从图中可以发现，各试件的剩余抗压强度比率变化规律相同，均为先增大后减小，但也有不同之处，纤维掺量在0%~0.5%时，侵蚀初期的剩余抗压强度比率增长幅度大，在后期减小的幅度也大，25个循环后，剩余抗压强度比率分别为0.52和0.6,强度损失较大；相比较而言，纤维掺量在1%~2%时，初期的剩余抗压强度比率增长幅度较小，在后期减小的幅度也小，25个循环后，剩余抗压强度比率分别为1、0.92和0.93,强度无损失或较小，表现出良好的抗硫酸盐侵蚀性能。以上说明，PVA纤维掺量在1%~2%时，纤维对水泥基材的约束作用明显，特别是在侵蚀后期。
如图4所示为干湿循环作用下，粉煤灰掺量对PVA-FRCC的抗压强度变化影响。从图中发现，各试件的剩余抗压强度比率变化是先增大，而后开始减小，但各试件开始变化的节点均不相同，未掺粉煤灰的试件在4个循环后开始减小，10%掺量的试件在11个循环后开始减小，30%掺量的试件在11个循环后开始减小，50%掺量的试件在18个循环后开始减小。在25个循环后，剩余抗压强度比率分别为0.92、0.95、1.16和1.30.可见随着粉煤灰掺量的增加，延缓了1的强度损失，说明粉煤灰掺量在50%之内时，PVA-FRCC的抗硫酸盐侵蚀性能随掺量的增加而提高。
3微观结构
如图5（a）所示为未侵蚀试件的微观结构形态，可以看出C-S-H凝胶结构完整、密实，由于未发生侵蚀，内部无明显可见的钙矾石晶体。如图5（b）所示为试件在干湿循环下侵蚀25个循环后的微观结构形态，其结构形貌发生明显变化，F0试件中针棒状的钙矾石晶体短且稀疏，杂乱的分布在孔隙处，结合表观变化分析，可推测主要原因是试件的表面剥落，带走了大量的钙矾石；F1试件中在裂缝处积聚着白色花瓣状Na2SO4·10H2O晶体[12],原因是在干状态时，裂缝处的盐溶液中的水分蒸发，当达到过饱和状态会有盐析出，进入湿状态后，吸水形成Na2SO4·10H2O,体积膨胀4~5倍，形成极大的结晶压力；F2试件中的针棒状钙矾石晶体较长且更加致密，呈放射状，说明纤维的约束作用使得更多的钙钒石晶体聚集在一起。通过对试件微观结构的观测与分析，从微观上对宏观结果进行验证。
如图6（a）所示为50%掺量粉煤灰的试件未侵蚀的微观形态，可以看出C-S-H凝胶结构完整、密实，并可以看到粉煤灰球状颗粒。如图6（b）所示为试件在干湿循环侵蚀25个循环后的微观形态，可以看到有针棒状钙矾石晶体的产生，但凝胶体仍密实，其原因为粉煤灰颗粒分散存在，填充于孔隙等缺陷处，进而抑制了SO2-4的侵入；二次水化作用进一步细化了浆体的孔结构；水泥用量的减少也使得侵蚀产物相应减少。
4结论
本文利用干湿循环试验方法，研究了不同纤维掺量和不同粉煤灰掺量对PVA-FRCC抗硫酸钠侵蚀性能的影响，同时利用扫描电镜在微观方面对侵蚀原因进行了验证。主要得到以下结论：（1）宏观试验结果显示，以质量变化率和剩余抗压强度比率作为评价指标，纤维掺量小于1%时，PVA-FRCC受硫酸盐侵蚀影响明显；纤维掺量大于1%时，受侵蚀影响明显减弱；粉煤灰掺量在50%之内时，随掺量的增大，PVA-FRCC受硫酸盐侵蚀影响逐渐减弱。（2）微观试验结果显示，干湿循环作用下，PVA-FRCC不仅受到钙矾石的侵蚀，还叠加了Na2SO4·10H2O结晶膨胀的损伤。
参考文献：
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[5]Wang H L,Lu C H,Jin W L,et al.Effect of external loads on the chloride transport in concrete[J].Journal of Mate-rials in Civil Engineering,2011,23（7）：1043~1049.
[6] 王海龙，董宜森，孙晓燕，等。干湿交替环境下混凝土受硫酸盐侵蚀劣化机理[J].浙江大学学报，2012,46（7）：1255~1261.
[7] 高润东，赵顺波，李庆斌，等。干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究[J].土木工程学报，2010,43（2）：48~54.
http://m.rjdtv.com/tumujianzhulunwen/2329.html
