聚丙烯纤维的掺入对碱激发水泥基材料的耐久性有较大的影响。碱矿渣混凝土中掺入聚丙烯纤维后,能降低混凝土的碳化速度,且随纤维掺量的增加,混凝土的碳化速度有减小的趋势。苏英等[11]对比了碱矿渣混凝土和硅酸盐水泥混凝土的抗碳化性能,配合比设计如表11-5所示,试验结果如图11-11所示。碱矿渣混凝土28 d龄期的碳化深度较硅酸盐水泥混凝土大。当掺入聚丙烯纤维时,碱矿渣混凝土和硅酸盐水泥混凝土的碳化深度都降低,抗碳化能力提高,且随纤维掺量的提高,抗碳化性也有一定的提高。但是,当在碱矿渣混凝土或普通水泥混凝土中掺入粉煤灰后,由于在早期粉煤灰的加入导致了混凝土内部孔隙率的增加,为CO2提供了侵入通道,使混凝土的抗碳化能力明显降低。
表11-5 碱矿渣混凝土和硅酸盐水泥混凝土配合比设计[11]
注:砂率40%,碱激发混凝土中掺入1.5%缓凝剂,普通硅酸盐混凝土中掺入1.2%减水剂。
图11-11 28 d龄期碱激发混凝土的碳化深度[11]
如图11-12所示,聚丙烯纤维掺入到混凝土中后能均匀分布于硬化浆体中,形成网架结构,抑制骨料的下沉,降低混凝土泌水发生的概率,提高硬化浆体的密实度,同时,纤维能够有效降低硬化浆体中裂缝的生成与扩展概率,并阻断裂纹之间的连通,从而改善碱矿渣混凝土的抗碳化性能。
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图11-12 28天碱矿渣硬化浆体的SEM照片[11]
此外,纤维的掺入对砂浆的抗冻融性能无积极影响,但可提高砂浆干湿循环后的抗冲击性。从表11-6的试验结果可知,碱激发矿渣砂浆和碱激发矿渣/粉煤灰砂浆在经过50次冻融循环后,砂浆的抗压强度和抗折强度都有所提高。这是由于在高湿度条件下,碱激发矿渣反应会继续,生成的水化产物增加并最终提高砂浆的强度。碱激发矿渣水泥和混凝土抗低温性能好,是由于碱金属溶液的冻结温度低于0℃(大约20~-15℃),而掺入0.5%的聚丙烯纤维后,碱矿渣砂浆受冻融循环后的强度规律保持不变。
和碱激发水泥砂浆相比,在硅酸盐水泥砂浆中无论掺入或不掺聚丙烯纤维,在冻融循环后,抗折强度都有所下降,抗压强度值变化不大,其规律一致。
表11-6 冻融循环试验结果[5]
掺入聚丙烯纤维的碱矿渣砂浆耐5%H2SO4溶液和5%Na2SO4溶液腐蚀的性能变化如表11-7。可见,掺入6mm聚丙烯纤维后,减少了砂浆受硫酸和硫酸盐腐蚀的抗折强度损失率,而掺入12mm聚丙烯纤维后,增加了砂浆腐蚀后的质量和抗折强度损失率,且掺入6mm聚丙烯纤维砂浆的强度损失低于掺入12 mm聚丙烯纤维砂浆的强度损失。因此,掺入6mm聚丙烯纤维砂浆的耐酸性和耐Na2SO4溶液腐蚀能力优于掺入12mm聚丙烯纤维砂浆。这是由于当砂浆中掺入12mm聚丙烯纤维时,纤维间接触点较6mm聚丙烯纤维的多,结团概率大,更容易出现缺陷,使腐蚀溶液更易进入到砂浆内部进行腐蚀,导致砂浆的强度损失增加。
表11-7 掺聚丙烯纤维碱矿渣砂浆的耐腐蚀性[12]
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